JP5359712B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that can be improved in response characteristics, and to provide a method of manufacturing the semiconductor device. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes a GaN layer 10, first and second insulating layers 13 and 14, an electrode layer, and an FP electrode 17. The GaN layer 10 includes a high-defect region 10a and a low-defect region 10b lower in defect density than the high-defect region 10a, and has a principal surface 10c. The first insulating layer 13 is formed so as to cover the high-defect region 10a on the principal surface 10c of the GaN layer 10. The second insulating layer 14 is formed on the low-defect region 10b on the principal surface 10a of the GaN layer 10, and has an opening formed. The electrode layer is formed in the opening in contact with the principal surface 10a of the GaN layer 10. The FP electrode 17 is formed to be connected with the electrode layer and to overlap the second insulating layer 14. The first insulating layer 13 includes a material having a smaller dielectric constant than a material forming the second insulating layer 14. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

従来から、広い領域にわたって転位密度の低い良質な窒化ガリウム(GaN)基板を準備し、その基板上にエピタキシャル成長層を形成することにより半導体装置を製造している。このような半導体装置として、たとえば特開2007−184371号公報(特許文献1)、特開2007−227790号公報(特許文献2)などが挙げられる。   Conventionally, a semiconductor device is manufactured by preparing a high-quality gallium nitride (GaN) substrate having a low dislocation density over a wide region and forming an epitaxial growth layer on the substrate. Examples of such a semiconductor device include Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-184371 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-227790 (Patent Document 2).

特許文献1および2には、第1導電型GaN系半導体層と、絶縁膜と、第1の電極とを備えたダイオードが開示されている。第1導電型GaN系半導体層は、第1〜第3の領域を含む。第2の領域は、第1の領域と第3の領域との間に設けられる。第1および第3の領域は、第1の貫通転位密度より小さい貫通転位密度を有する。第2の領域は、第1の貫通転位密度より大きい貫通転位密度を有する。第1の電極は、第1および第3の領域にショットキー接合をなす。絶縁膜は、第2の領域と第1の電極との間に設けられている。特許文献1および2によれば、高い貫通転位密度を有する第2の領域(コア)に絶縁膜を形成して、第2の領域の影響を低減することができ素子面積を大きくできることが開示されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose a diode including a first conductivity type GaN-based semiconductor layer, an insulating film, and a first electrode. The first conductivity type GaN-based semiconductor layer includes first to third regions. The second region is provided between the first region and the third region. The first and third regions have a threading dislocation density that is less than the first threading dislocation density. The second region has a threading dislocation density that is greater than the first threading dislocation density. The first electrode forms a Schottky junction in the first and third regions. The insulating film is provided between the second region and the first electrode. According to Patent Documents 1 and 2, it is disclosed that an insulating film can be formed in a second region (core) having a high threading dislocation density, thereby reducing the influence of the second region and increasing the element area. ing.

特開2007−184371号公報JP 2007-184371 A 特開2007−227790号公報JP 2007-227790 A

しかしながら、上記特許文献1および2に開示のダイオードにフィールドプレート(FP)構造を適用すると、応答特性を十分に向上できないという問題があることを、本発明者は鋭意研究の結果見い出した。   However, as a result of intensive studies, the present inventors have found that there is a problem that response characteristics cannot be sufficiently improved when a field plate (FP) structure is applied to the diodes disclosed in Patent Documents 1 and 2.

それゆえに、本発明の目的は、応答特性を向上できる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a semiconductor device manufacturing method capable of improving response characteristics.

本発明者は、上記特許文献1および2に開示のダイオードにフィールドプレート(FP)構造を適用すると応答特性を十分に向上できないという問題は、FP構造に用いる絶縁膜の要求特性と、コアを覆う絶縁膜の要求特性とが異なることに起因することを見い出した。そこで、FP構造を有する半導体装置に適用できる上記要求特性を本発明者が鋭意研究した結果、コアを覆う絶縁膜の誘電率は、FP構造に用いる絶縁膜の誘電率よりも小さい場合に、応答特性を向上できることを見い出した。   The present inventor has a problem that the response characteristics cannot be sufficiently improved when the field plate (FP) structure is applied to the diodes disclosed in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2, because the required characteristics of the insulating film used for the FP structure and the core are covered It was found that the required characteristics of the insulating film are different. Therefore, as a result of the present inventors diligently researching the required characteristics applicable to a semiconductor device having an FP structure, a response is obtained when the dielectric constant of the insulating film covering the core is smaller than the dielectric constant of the insulating film used for the FP structure. It was found that the characteristics can be improved.

すなわち、本発明の半導体装置は、窒化ガリウム(GaN)層と、第1の絶縁層と、第2の絶縁層と、電極層と、フィールドプレート電極(FP電極)とを備えている。窒化ガリウム層は、高欠陥領域と、高欠陥領域よりも欠陥密度の低い低欠陥領域とを含み、主表面と、主表面と反対側の裏面とを有する。第1の絶縁層は、窒化ガリウム層の主表面における高欠陥領域を覆うように形成されている。第2の絶縁層は、窒化ガリウム層の主表面における低欠陥領域の上に形成され、第1の絶縁層が内部に配置された開口部が形成されている。電極層は、開口部の内部に、窒化ガリウム層の主表面に接触するように形成されている。FP電極は、電極層に接続するとともに、第1の絶縁層および第2の絶縁層に重なるように形成されている。第1の絶縁層は、第2の絶縁層を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料を含む。 That is, the semiconductor device of the present invention includes a gallium nitride (GaN) layer, a first insulating layer, a second insulating layer, an electrode layer, and a field plate electrode (FP electrode). The gallium nitride layer includes a high defect region and a low defect region having a defect density lower than that of the high defect region, and has a main surface and a back surface opposite to the main surface. The first insulating layer is formed so as to cover the high defect region on the main surface of the gallium nitride layer. The second insulating layer is formed on the low-defect region on the main surface of the gallium nitride layer, and an opening in which the first insulating layer is disposed is formed. The electrode layer is formed in the opening so as to be in contact with the main surface of the gallium nitride layer. The FP electrode is connected to the electrode layer and is formed so as to overlap the first insulating layer and the second insulating layer. The first insulating layer includes a material having a dielectric constant smaller than that of the material constituting the second insulating layer.

本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。高欠陥領域と、高欠陥領域よりも欠陥密度の低い低欠陥領域とを含み、主表面と、主表面と反対側の裏面とを有する窒化ガリウム層を準備する。窒化ガリウム層の主表面における高欠陥領域を覆うように第1の絶縁層を形成する。窒化ガリウム層の主表面における低欠陥領域上に、第1の絶縁層が内部に配置された開口部を有する第2の絶縁層を形成する。開口部の内部に、窒化ガリウム層の主表面に接触するように電極層を形成すると同時に、電極層に接続するとともに第1の絶縁層および第2の絶縁層に重なるようにフィールドプレート電極を形成する。第1の絶縁層を形成する工程では、第2の絶縁層を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料を含む第1の絶縁層を形成する。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the following steps. A gallium nitride layer including a high defect region and a low defect region having a defect density lower than that of the high defect region and having a main surface and a back surface opposite to the main surface is prepared. A first insulating layer is formed so as to cover the high defect region on the main surface of the gallium nitride layer. A second insulating layer having an opening in which the first insulating layer is disposed is formed on the low defect region on the main surface of the gallium nitride layer. An electrode layer is formed in the opening so as to be in contact with the main surface of the gallium nitride layer, and at the same time, the field plate electrode is connected to the electrode layer and overlaps the first insulating layer and the second insulating layer. Form. In the step of forming the first insulating layer, the first insulating layer including a material having a dielectric constant smaller than that of the material constituting the second insulating layer is formed.

本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、高欠陥領域を覆う第1の絶縁層は、FP構造を形成する第2の絶縁層を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料を含む。MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)容量は誘電率に比例するので、第1の絶縁層のMIS容量成分を低減できる。したがって、応答特性を向上した半導体装置を実現することができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, the first insulating layer covering the high defect region has a dielectric constant smaller than the dielectric constant of the material constituting the second insulating layer forming the FP structure. The material which has. Since the MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) capacitance is proportional to the dielectric constant, the MIS capacitance component of the first insulating layer can be reduced. Accordingly, a semiconductor device with improved response characteristics can be realized.

本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、第1の絶縁層は、第2の絶縁層を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料を含むので、応答特性を向上することができる。   According to the semiconductor device and the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first insulating layer includes a material having a dielectric constant smaller than that of the material constituting the second insulating layer, so that response characteristics are improved. can do.

本発明の実施の形態1における半導体装置としてのショットキーバリアダイオード(SBD)を概略的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing a Schottky barrier diode (SBD) as a semiconductor device in Embodiment 1 of the present invention. 図1における領域1aを概略的に示し、II−II線に沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a region 1a in FIG. 本発明の実施の形態1における別のSBDを概略的に示す平面図である。It is a top view which shows schematically another SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるSBDを概略的に示し、図1における領域1aに相当し、II−II線に沿った断面図に相当する図である。It is a figure which shows SBD in Embodiment 2 of this invention roughly, is equivalent to the area | region 1a in FIG. 1, and is equivalent to sectional drawing along the II-II line. 本発明の実施の形態2におけるSBDの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of SBD in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるSBDの製造工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the manufacturing process of SBD in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるSBDを概略的に示し、図1における領域1aに相当し、II−II線に沿った断面図に相当する図である。It is a figure which shows SBD in Embodiment 3 of this invention roughly, is equivalent to the area | region 1a in FIG. 1, and is equivalent to sectional drawing along the II-II line.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態1)
図1および図2を参照して、本実施の形態における半導体装置の一例であるショットキーバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode)1を説明する。図1および図2に示すように、本実施の形態におけるSBD1は、GaN基板11とエピタキシャル層12とを含むGaN層10、第1の絶縁層13、第2の絶縁層14、ショットキー電極16とフィールドプレート電極(FP電極)17とを含む電極15、およびオーミック電極18とを備えている。
(Embodiment 1)
A Schottky Barrier Diode (SBD) 1 that is an example of a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the SBD 1 in the present embodiment includes a GaN layer 10 including a GaN substrate 11 and an epitaxial layer 12, a first insulating layer 13, a second insulating layer 14, and a Schottky electrode 16. And an electrode 15 including a field plate electrode (FP electrode) 17 and an ohmic electrode 18.

GaN層10は、GaN基板11と、エピタキシャル層12とを含んでいる。GaN層10は、高欠陥領域(コア)10aと、高欠陥領域10aよりも欠陥密度の低い低欠陥領域10bとを含み、かつ主表面10cと、主表面10cと反対側の裏面10dとを有している。エピタキシャル層12の高欠陥領域10aはGaN基板11の高欠陥領域10aと連なっており、かつエピタキシャル層12の低欠陥領域10bはGaN基板11の低欠陥領域10bと連なっている。   The GaN layer 10 includes a GaN substrate 11 and an epitaxial layer 12. The GaN layer 10 includes a high defect region (core) 10a, a low defect region 10b having a defect density lower than that of the high defect region 10a, and has a main surface 10c and a back surface 10d opposite to the main surface 10c. doing. The high defect region 10 a of the epitaxial layer 12 is continuous with the high defect region 10 a of the GaN substrate 11, and the low defect region 10 b of the epitaxial layer 12 is continuous with the low defect region 10 b of the GaN substrate 11.

高欠陥領域10aは、図1に示すように、ストライプ状に形成されているが、特にこれに限定されない。たとえば、図3に示すように、高欠陥領域10aは、ドット状に形成されていてもよい。   Although the high defect region 10a is formed in a stripe shape as shown in FIG. 1, it is not particularly limited to this. For example, as shown in FIG. 3, the high defect area 10a may be formed in a dot shape.

GaN基板11は、主表面11aと、主表面11aと反対側の裏面11bとを有している。GaN基板は、たとえばn+−GaNよりなる。なお、n+−GaNとは、n型不純物がn−GaNの層よりも高濃度にドーピングされていることを意味する。 The GaN substrate 11 has a main surface 11a and a back surface 11b opposite to the main surface 11a. The GaN substrate is made of, for example, n + -GaN. Note that n + -GaN means that n-type impurities are doped at a higher concentration than the n-GaN layer.

エピタキシャル層12は、GaN基板11の主表面11a上に形成されている。エピタキシャル層12は、たとえばn-−GaNよりなる。なお、n-−GaNとは、n型不純物がn−GaNの層よりも低濃度にドーピングされていることを意味する。 Epitaxial layer 12 is formed on main surface 11 a of GaN substrate 11. Epitaxial layer 12 is made of, for example, n -GaN. Note that n -GaN means that n-type impurities are doped at a lower concentration than the n-GaN layer.

エピタキシャル層12の厚みWは、エピタキシャル層12において第1の絶縁層13の端部から高欠陥領域10aの端部までの最短の距離L(高欠陥領域10aで囲まれる素子のエピタキシャル層12の主表面12aにおいて第1の絶縁層13と重なり合う長さ)と同じまたはそれ以下であることが好ましい。高欠陥領域10aにおけるエピタキシャル層12の主表面12aは、裏面12bと同電位になるので、エピタキシャル層12において高欠陥領域10aの端部から高欠陥領域10aを覆う第1の絶縁層13の距離Lをエピタキシャル層12の厚みW以上に確保することにより、耐圧をより確保することができる。   The thickness W of the epitaxial layer 12 is the shortest distance L from the end of the first insulating layer 13 to the end of the high defect region 10a in the epitaxial layer 12 (the main layer of the epitaxial layer 12 of the element surrounded by the high defect region 10a). It is preferable that the length of the surface 12a overlaps the first insulating layer 13) or less. Since the main surface 12a of the epitaxial layer 12 in the high defect region 10a has the same potential as the back surface 12b, the distance L of the first insulating layer 13 covering the high defect region 10a from the end of the high defect region 10a in the epitaxial layer 12 By ensuring the thickness to be equal to or greater than the thickness W of the epitaxial layer 12, the breakdown voltage can be further ensured.

なお、上記「高欠陥領域」とは、低欠陥領域よりも欠陥密度が高い領域を意味する。「欠陥密度が高い領域」とは、転位集中領域、反転層領域などの領域である。「転位集中領域」とは、その他の領域と比べて、転位密度が相対的に高い領域(たとえば2桁程度以上高い領域)を意味する。たとえば、高欠陥領域10aの転位密度は1×108cm-2を超えており、低欠陥領域10bの転位密度は1×108cm-2以下である。GaN層10の作製時に、意図的に転位集中領域を形成して、その他の領域を低転位密度にする場合と、意図せずに何らかの理由で転位集中領域が形成される場合とを含む。「反転層領域」とは、極性をもつ結晶からなる場合に、GaN層10の主表面10cおよび裏面10dにおいて、その他の領域と逆の極性の結晶面が出ている領域のことを意味する。たとえば、GaN層10の主表面10cにおいて、高欠陥領域10aはN面であり、低欠陥領域10bはGa面であり、GaN層10の裏面10dにおいて、高欠陥領域10aはGa面であり、低欠陥領域10bはN面である。反転層領域についても、その他の領域の品質を確保するために意図的に形成する場合と、意図せず何らかの理由で形成される場合とを含む。 The “high defect region” means a region having a defect density higher than that of the low defect region. “A region with a high defect density” is a region such as a dislocation concentration region or an inversion layer region. The “dislocation concentration region” means a region having a relatively high dislocation density (for example, a region that is two digits or more higher) than other regions. For example, the dislocation density of the high defect region 10a exceeds 1 × 10 8 cm −2 , and the dislocation density of the low defect region 10b is 1 × 10 8 cm −2 or less. This includes a case where the dislocation concentration region is intentionally formed at the time of manufacturing the GaN layer 10 and the other regions have a low dislocation density, and a case where the dislocation concentration region is formed unintentionally for some reason. The “inversion layer region” means a region where a crystal plane having a polarity opposite to that of the other region is present on the main surface 10c and the back surface 10d of the GaN layer 10 when made of crystals having polarity. For example, in the main surface 10c of the GaN layer 10, the high defect region 10a is an N surface, the low defect region 10b is a Ga surface, and in the back surface 10d of the GaN layer 10, the high defect region 10a is a Ga surface. The defect area 10b is the N plane. The inversion layer region also includes a case where it is intentionally formed to ensure the quality of other regions and a case where it is formed unintentionally for some reason.

第1の絶縁層13は、エピタキシャル層12の主表面12aにおける高欠陥領域10aの全体を覆うように形成されている。つまり、エピタキシャル層12の主表面12aにおける高欠陥領域10aは、第1の絶縁層13により露出していない。   The first insulating layer 13 is formed so as to cover the entire high defect region 10 a on the main surface 12 a of the epitaxial layer 12. That is, the high defect region 10 a on the main surface 12 a of the epitaxial layer 12 is not exposed by the first insulating layer 13.

第2の絶縁層14は、GaN層10の主表面10c(エピタキシャル層12の主表面12a)における低欠陥領域10bの上に形成され、開口部が形成されている。第2の絶縁層14は、FP構造を構成する。第2の絶縁層14は、第1の絶縁層13とショットキー電極16を介して隣り合うように配置されている。   The second insulating layer 14 is formed on the low defect region 10b in the main surface 10c of the GaN layer 10 (main surface 12a of the epitaxial layer 12), and an opening is formed. The second insulating layer 14 constitutes an FP structure. The second insulating layer 14 is disposed adjacent to the first insulating layer 13 with the Schottky electrode 16 interposed therebetween.

第1の絶縁層13は、第2の絶縁層14を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料を含む。このような材料として、第1の絶縁層13は、比誘電率が低い、二酸化シリコン(SiO2)やいわゆるlow−k材料を用いることができる。low−k材料は、たとえば、炭素含有酸化シリコン(SiOC)などが挙げられる。第2の絶縁層14は、たとえば、シリコン窒化膜(SiNx膜)、シリコン酸窒化膜(SiON膜)、窒化アルミニウム(AlN)、シリコン酸炭化膜(SiOC膜)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、アルミナ(Al23)、酸化スカンジウム(Sc23)などを用いることができる。 The first insulating layer 13 includes a material having a dielectric constant smaller than that of the material constituting the second insulating layer 14. As such a material, silicon dioxide (SiO 2 ) or a so-called low-k material having a low relative dielectric constant can be used for the first insulating layer 13. Examples of the low-k material include carbon-containing silicon oxide (SiOC). The second insulating layer 14 includes, for example, a silicon nitride film (SiN x film), a silicon oxynitride film (SiON film), an aluminum nitride (AlN), a silicon oxycarbide film (SiOC film), magnesium oxide (MgO), oxide Zirconium (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), scandium oxide (Sc 2 O 3 ), or the like can be used.

ここで、上記「誘電率」は、インピーダンス測定法を用いて測定される値である。
また、第1の絶縁層13は2層以上であってもよい。2層以上の場合、第1の絶縁層13を構成する少なくとも1層が、第2の絶縁層14を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有していればよい。
Here, the “dielectric constant” is a value measured using an impedance measurement method.
Further, the first insulating layer 13 may be two or more layers. In the case of two or more layers, it is only necessary that at least one layer constituting the first insulating layer 13 has a dielectric constant smaller than that of the material constituting the second insulating layer 14.

第1の絶縁層13の厚みH13は、第2の絶縁層14の厚みH14よりも大きいことが好ましい。つまり、第1の絶縁層13の厚みH13は、高欠陥領域10aの影響を低減するために必要な厚み(たとえば100nm以上10μm以下)を有していることが好ましい。また、第2の絶縁層14の厚みH14は、FP用絶縁層として適切な厚み(たとえば10nm以上5μm以下)を有していることが好ましい。第1の絶縁層13の厚みH13は、第2の絶縁層14の厚みH14よりも、たとえば100nm以上10μm以下大きいことが好ましい。   The thickness H13 of the first insulating layer 13 is preferably larger than the thickness H14 of the second insulating layer 14. That is, it is preferable that the thickness H13 of the first insulating layer 13 has a thickness (for example, 100 nm or more and 10 μm or less) necessary for reducing the influence of the high defect region 10a. In addition, the thickness H14 of the second insulating layer 14 preferably has an appropriate thickness (for example, 10 nm or more and 5 μm or less) as the FP insulating layer. The thickness H13 of the first insulating layer 13 is preferably larger than the thickness H14 of the second insulating layer 14 by, for example, 100 nm or more and 10 μm or less.

ここで、上記「第1の絶縁層13の厚みH13」および「第2の絶縁層14の厚みH14」は、第1および第2の絶縁層13、14において最も厚みの大きな位置での値である。   Here, the “thickness H13 of the first insulating layer 13” and the “thickness H14 of the second insulating layer 14” are values at the thickest positions in the first and second insulating layers 13 and 14, respectively. is there.

電極15は、ショットキー電極16とFP電極17とを含んでいる。電極15は、たとえば平面形状が円形となるように、形成されている。FP電極17と第2の絶縁層14とは、フィールドプレート(FP)構造を形成する。   The electrode 15 includes a Schottky electrode 16 and an FP electrode 17. The electrode 15 is formed, for example, so that the planar shape is circular. The FP electrode 17 and the second insulating layer 14 form a field plate (FP) structure.

ショットキー電極16は、第2の絶縁層14の開口部の内部に、エピタキシャル層12の主表面12aに接触するように形成されている。言い換えると、ショットキー電極16は、エピタキシャル層12の主表面12aにおいて第1の絶縁層13と第2の絶縁層14との間に形成されている。ショットキー電極16は、エピタキシャル層12とショットキー接合を形成する。ショットキー電極16は、たとえばニッケル(Ni)、金(Au)などの材料からなる。   Schottky electrode 16 is formed in the opening of second insulating layer 14 so as to be in contact with main surface 12a of epitaxial layer 12. In other words, the Schottky electrode 16 is formed between the first insulating layer 13 and the second insulating layer 14 on the main surface 12 a of the epitaxial layer 12. The Schottky electrode 16 forms a Schottky junction with the epitaxial layer 12. The Schottky electrode 16 is made of a material such as nickel (Ni) or gold (Au).

FP電極17は、ショットキー電極16に接続するとともに、第2の絶縁層14に重なるように形成されている。FP電極17は、たとえばNi、Auなどの材料からなる。   The FP electrode 17 is connected to the Schottky electrode 16 and is formed so as to overlap the second insulating layer 14. The FP electrode 17 is made of a material such as Ni or Au, for example.

オーミック電極18は、GaN基板11の裏面11b(GaN層10の裏面10d)に形成されている。オーミック電極18は、GaN基板11とオーミック接合を形成している。オーミック電極18は、たとえばチタン(Ti)、アルミニウム(Al)、Auなどのいずれか、またはこれらの2種以上の材料よりなる。   The ohmic electrode 18 is formed on the back surface 11b of the GaN substrate 11 (the back surface 10d of the GaN layer 10). The ohmic electrode 18 forms an ohmic junction with the GaN substrate 11. The ohmic electrode 18 is made of, for example, any one of titanium (Ti), aluminum (Al), Au, and the like, or two or more of these materials.

続いて、図1〜図17を参照して、本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。   Next, with reference to FIGS. 1 to 17, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described.

図4および図5に示すように、まず、高欠陥領域10aと、高欠陥領域10aよりも欠陥密度の低い低欠陥領域10bとを含み、主表面11aと、主表面11aと反対側の裏面11bとを有するGaN基板11を準備する(ステップS1)。   As shown in FIGS. 4 and 5, first, a main surface 11a and a back surface 11b opposite to the main surface 11a are included, including a high defect region 10a and a low defect region 10b having a defect density lower than that of the high defect region 10a. Is prepared (step S1).

このステップS1では、高欠陥領域10aが周期的に存在するGaN基板を準備することが好ましい。たとえば、図1に示すように、高欠陥領域10aがストライプ状に形成されたGaN基板11、図3に示すように、高欠陥領域10aがドット状に形成されたGaN基板11などを準備する。   In this step S1, it is preferable to prepare a GaN substrate in which high defect regions 10a are periodically present. For example, as shown in FIG. 1, a GaN substrate 11 in which high defect regions 10a are formed in stripes, and a GaN substrate 11 in which high defect regions 10a are formed in dots as shown in FIG. 3 are prepared.

次に、図4および図6に示すように、GaN基板11上にエピタキシャル層12を形成する(ステップS2)。エピタキシャル層12の形成方法は特に限定されず、たとえばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)法などを採用できる。この際、GaN基板11に形成された高欠陥領域10aは、エピタキシャル層12に引き継がれる。これにより、高欠陥領域10aと、高欠陥領域10aよりも欠陥密度の低い低欠陥領域10bとを含み、主表面12aと、主表面12aと反対側の裏面12bとを有するエピタキシャル層12を形成できる。   Next, as shown in FIGS. 4 and 6, the epitaxial layer 12 is formed on the GaN substrate 11 (step S2). The formation method of the epitaxial layer 12 is not specifically limited, For example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method etc. can be employ | adopted. At this time, the high defect region 10 a formed in the GaN substrate 11 is taken over by the epitaxial layer 12. Thereby, the epitaxial layer 12 including the high defect region 10a and the low defect region 10b having a defect density lower than that of the high defect region 10a and having the main surface 12a and the back surface 12b opposite to the main surface 12a can be formed. .

ステップS2において、GaN基板11上にエピタキシャル層12を形成すると、主表面において高欠陥領域10aは凹部になり、主表面において段差が形成される。また、主表面10cにおける低欠陥領域10bがGa原子面である場合には、主表面10cにおける高欠陥領域10aはN原子面になる。   In step S2, when the epitaxial layer 12 is formed on the GaN substrate 11, the high defect region 10a becomes a recess on the main surface, and a step is formed on the main surface. Further, when the low defect region 10b on the main surface 10c is a Ga atom plane, the high defect region 10a on the main surface 10c is an N atom plane.

上記ステップS1、S2を実施することにより、高欠陥領域10aと、高欠陥領域10aよりも欠陥密度の低い低欠陥領域10bとを含み、主表面10cと、主表面10cと反対側の裏面10dとを有するGaN層10を準備することができる。   By performing steps S1 and S2, the main surface 10c and the back surface 10d opposite to the main surface 10c include the high defect region 10a and the low defect region 10b having a defect density lower than that of the high defect region 10a. Can be prepared.

次に、図7に示すように、GaN層10の主表面10cを覆うように、第1の絶縁層13および第2の絶縁層14となるべき絶縁層21を形成する。この工程では、たとえばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法によって、絶縁層21を形成する。絶縁層21は、比誘電率が低い、二酸化シリコン(SiO2)やいわゆるlow−k材料を用いることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 7, an insulating layer 21 to be the first insulating layer 13 and the second insulating layer 14 is formed so as to cover the main surface 10 c of the GaN layer 10. In this step, the insulating layer 21 is formed by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The insulating layer 21 is preferably made of silicon dioxide (SiO 2 ) or a so-called low-k material having a low relative dielectric constant.

次に、図8に示すように、絶縁層21において低欠陥領域10b上に形成された領域(第1の絶縁層13となるべき領域以外の領域)が開口したパターンを有するレジストなどのマスク層23を形成する。   Next, as shown in FIG. 8, a mask layer such as a resist having a pattern in which a region (a region other than a region to be the first insulating layer 13) formed on the low defect region 10b in the insulating layer 21 is opened. 23 is formed.

その後、図9に示すように、絶縁層21において低欠陥領域10b上に形成された領域(絶縁層21においてマスク層23の開口パターンから露出している領域)を除去する。除去する方法は特に限定されないが、たとえばエッチングにより除去することができる。エッチングはウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを適用してもよいが、GaN層10へ与えるダメージを低減する観点から、ウエットエッチングを適用することが好ましい。ウエットエッチングを適用する場合には、たとえばBHF(Buffered Hydrogen Fluoride、バッファードフッ酸)などを用いることができる。   After that, as shown in FIG. 9, the region formed on the low defect region 10 b in the insulating layer 21 (the region exposed from the opening pattern of the mask layer 23 in the insulating layer 21) is removed. The method of removing is not particularly limited, but can be removed by etching, for example. As the etching, either wet etching or dry etching may be applied, but it is preferable to apply wet etching from the viewpoint of reducing damage to the GaN layer 10. When wet etching is applied, for example, BHF (Buffered Hydrogen Fluoride) can be used.

次いで、図10に示すように、マスク層23を除去する。マスク層23の除去の方法は特に限定されないが、たとえば有機洗浄、酸素および窒素を含む雰囲気中のアッシャー処理などを適用できる。これにより、第1の絶縁層13を形成することができる(ステップS3)。   Next, as shown in FIG. 10, the mask layer 23 is removed. The method for removing the mask layer 23 is not particularly limited, and for example, organic cleaning, asher treatment in an atmosphere containing oxygen and nitrogen, and the like can be applied. Thereby, the first insulating layer 13 can be formed (step S3).

次に、図11に示すように、エピタキシャル層12の主表面12aおよび第1の絶縁層13を覆うように、絶縁層26を形成する。絶縁層26は、第1の絶縁層13(絶縁層21)を構成する材料の誘電率よりも大きい誘電率を有する材料である。このような材料として、たとえば絶縁層26は、たとえば、シリコン窒化膜(SiNx膜)、シリコン酸窒化膜(SiON膜)、窒化アルミニウム(AlN)、シリコン酸炭化膜(SiOC膜)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、アルミナ(Al23)、酸化スカンジウム(Sc23)などを用いることができる。 Next, as shown in FIG. 11, an insulating layer 26 is formed so as to cover main surface 12 a of epitaxial layer 12 and first insulating layer 13. The insulating layer 26 is a material having a dielectric constant larger than that of the material constituting the first insulating layer 13 (insulating layer 21). As such a material, for example, the insulating layer 26 includes, for example, a silicon nitride film (SiN x film), a silicon oxynitride film (SiON film), an aluminum nitride (AlN), a silicon oxycarbide film (SiOC film), magnesium oxide ( MgO), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), scandium oxide (Sc 2 O 3 ), and the like can be used.

この絶縁層26を形成する工程では、第1の絶縁層13の厚みよりも、絶縁層26の厚みが小さい絶縁層26を形成することが好ましい。   In the step of forming the insulating layer 26, it is preferable to form the insulating layer 26 in which the thickness of the insulating layer 26 is smaller than the thickness of the first insulating layer 13.

次に、図12に示すように、GaN基板11の裏面11b(GaN層10の裏面10d)にオーミック電極18を形成する(ステップS4)。このステップS4では、たとえば、GaN基板11の裏面11bを有機洗浄および塩酸洗浄した後に、Ti/Al/Ti/Au(20nm/100nm/20nm/200nm)を、EB(Electron Beam)蒸着法を用いて裏面11bの全体に形成する。その後、窒素雰囲気下で約2分間600℃に加熱し、合金化を行ない、オーミック電極18を形成する。   Next, as shown in FIG. 12, the ohmic electrode 18 is formed on the back surface 11b of the GaN substrate 11 (the back surface 10d of the GaN layer 10) (step S4). In this step S4, for example, the back surface 11b of the GaN substrate 11 is subjected to organic cleaning and hydrochloric acid cleaning, and then Ti / Al / Ti / Au (20 nm / 100 nm / 20 nm / 200 nm) is deposited using an EB (Electron Beam) evaporation method. It is formed on the entire back surface 11b. Thereafter, heating is performed at 600 ° C. for about 2 minutes in a nitrogen atmosphere, and alloying is performed to form the ohmic electrode 18.

次に、図13に示すように、第2の絶縁層14を形成するべき領域上にレジストなどのマスク層29を形成する。マスク層29の形成は、上述したマスク層23と同様であるので、その説明は繰り返さない。   Next, as shown in FIG. 13, a mask layer 29 such as a resist is formed on the region where the second insulating layer 14 is to be formed. Since formation of mask layer 29 is similar to mask layer 23 described above, description thereof will not be repeated.

その後、図14に示すように、絶縁層26においてマスク層29から開口した領域を除去する。除去する方法は、特に限定されないが、エッチングにより除去することができる。エッチングはウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを適用してもよい。   Thereafter, as shown in FIG. 14, the region opened from the mask layer 29 in the insulating layer 26 is removed. The method for removing is not particularly limited, but can be removed by etching. Etching may be either wet etching or dry etching.

次いで、図15に示すように、マスク層29を除去する。これにより、開口部を有する第2の絶縁層14を形成することができる(ステップS5)。   Next, as shown in FIG. 15, the mask layer 29 is removed. Thereby, the 2nd insulating layer 14 which has an opening part can be formed (step S5).

次に、図16に示すように、ショットキー電極16を形成するべき領域が開口したマスク層24を形成する。次いで、たとえば、塩酸洗浄によるGaNエピタキシャル層12の表面処理を、室温で3分間行なった後、図17に示すように、電極25を形成する。この工程では、たとえば電極25として、たとえばNi/Auを、抵抗加熱蒸着法により形成する。   Next, as shown in FIG. 16, a mask layer 24 having an opening in a region where the Schottky electrode 16 is to be formed is formed. Next, for example, after surface treatment of the GaN epitaxial layer 12 by cleaning with hydrochloric acid is performed for 3 minutes at room temperature, an electrode 25 is formed as shown in FIG. In this step, for example, Ni / Au, for example, is formed as the electrode 25 by resistance heating vapor deposition.

その後、マスク層24を除去する。このとき、マスク層24上に成膜された電極25は同時に除去(リフトオフ)される。これにより、図2に示すように、第2の絶縁層14の開口部の内部においてエピタキシャル層12の主表面12aに接触するショットキー電極16と、ショットキー電極16と接続するとともに第1の絶縁層14に重なる部分に形成されたFP電極17とを有する電極15を形成することができる(ステップS6)。マスク層24の形成および除去などは、上述したマスク層23と同様であるので、その説明を繰り返さない。   Thereafter, the mask layer 24 is removed. At this time, the electrode 25 formed on the mask layer 24 is simultaneously removed (lifted off). As a result, as shown in FIG. 2, the Schottky electrode 16 that contacts the main surface 12a of the epitaxial layer 12 inside the opening of the second insulating layer 14 is connected to the Schottky electrode 16 and the first insulation is formed. An electrode 15 having an FP electrode 17 formed in a portion overlapping the layer 14 can be formed (step S6). Since the formation and removal of the mask layer 24 are the same as those of the mask layer 23 described above, the description thereof will not be repeated.

以上の工程(ステップS1〜S6)を実施することにより、図1〜図3に示すSBD1を製造することができる。なお、上記工程(S1〜S6)については、SBDの製造方法の一例であり、別の工程を備えていてもよいし、工程の順序を変更してもよい。   The SBD 1 shown in FIGS. 1 to 3 can be manufactured by performing the above steps (steps S1 to S6). In addition, about the said process (S1-S6), it is an example of the manufacturing method of SBD, You may provide another process and may change the order of a process.

なお、本実施の形態のSBDの製造方法においては、ステップS6においてショットキー電極16およびFP電極17を同時に形成する例を説明したが、ショットキー電極16を形成する工程の後にFP電極17を形成する工程を設けてもよい。つまり、第2の絶縁層14に形成された開口部の内部に、エピタキシャル層12に接触するようにショットキー電極16を形成し、続いて、ショットキー電極16に接続するとともに第2の絶縁層14に重なるように、FP電極17を形成してもよい。この場合、FP電極17は、ショットキー電極16と同じ材質で形成してもよい。または、第2の絶縁層14との接着性のよい材料など、ショットキー電極16の材質と異なる材料を用いて、FP電極17を形成しても構わない。   In the SBD manufacturing method of the present embodiment, the example in which the Schottky electrode 16 and the FP electrode 17 are simultaneously formed in step S6 has been described. However, the FP electrode 17 is formed after the step of forming the Schottky electrode 16. You may provide the process to do. That is, the Schottky electrode 16 is formed in the opening formed in the second insulating layer 14 so as to be in contact with the epitaxial layer 12, and then connected to the Schottky electrode 16 and the second insulating layer. The FP electrode 17 may be formed so as to overlap with 14. In this case, the FP electrode 17 may be formed of the same material as the Schottky electrode 16. Alternatively, the FP electrode 17 may be formed using a material different from the material of the Schottky electrode 16 such as a material having good adhesiveness with the second insulating layer 14.

続いて、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオード1の動作について説明する。ショットキーバリアダイオード1をオン状態にするためには、アノード電極側の電極15に相対的に正の電圧を印加し、カソード電極側のオーミック電極18に相対的に負の電圧を印加して、ショットキーバリアダイオード1に順方向バイアスを印加する。これにより、アノード電極側の電極15からカソード電極側のオーミック電極18に電流が流れる。このとき、ショットキーバリアダイオード1において高欠陥領域10aに挟まれる(囲まれる)領域に形成される複数の素子にそれぞれ並列に電流が流れる。すなわち、SBDに流れる電流は、SBDを構成するそれぞれの素子に流れる電流の和となる。   Next, the operation of the Schottky barrier diode 1 in the present embodiment will be described. In order to turn on the Schottky barrier diode 1, a relatively positive voltage is applied to the electrode 15 on the anode electrode side, and a relatively negative voltage is applied to the ohmic electrode 18 on the cathode electrode side. A forward bias is applied to the Schottky barrier diode 1. As a result, a current flows from the electrode 15 on the anode electrode side to the ohmic electrode 18 on the cathode electrode side. At this time, in the Schottky barrier diode 1, current flows in parallel to each of a plurality of elements formed in a region sandwiched (enclosed) by the high defect region 10a. That is, the current flowing through the SBD is the sum of the currents flowing through the respective elements that form the SBD.

次に、ショットキーバリアダイオード1をオフ状態にするためには、アノード電極側の電極15に相対的に負の電圧を印加し、カソード電極側のオーミック電極18に相対的に正の電圧を印加して、ショットキーバリアダイオード1に逆方向バイアスを印加する。高欠陥領域10a上に第1の絶縁層13が形成されているので、リーク電流を抑制でき、SBDの耐圧を向上できる。また、SBDはFP構造を有しているので、耐圧をより向上できる。   Next, in order to turn off the Schottky barrier diode 1, a relatively negative voltage is applied to the electrode 15 on the anode electrode side, and a relatively positive voltage is applied to the ohmic electrode 18 on the cathode electrode side. Then, a reverse bias is applied to the Schottky barrier diode 1. Since the first insulating layer 13 is formed on the high defect region 10a, the leakage current can be suppressed and the breakdown voltage of the SBD can be improved. Moreover, since the SBD has an FP structure, the breakdown voltage can be further improved.

本実施の形態では、第1の絶縁層13が、第2の絶縁層14を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料を含んでいる。これにより、第1の絶縁層13のMIS容量成分を低減できる。このため、オン状態からオフ状態に変化するまでの時間、およびオフ状態からオン状態に変化するまでの時間であるスイッチング速度を向上できる。したがって、高欠陥領域10aを覆う第1の絶縁層13の必要特性と、FP用絶縁層として最適構造を構成する第2の絶縁層14の必要特性とを両立することができる。その結果、SBDの応答特性を向上することができる。   In the present embodiment, the first insulating layer 13 includes a material having a dielectric constant smaller than that of the material constituting the second insulating layer 14. Thereby, the MIS capacitance component of the first insulating layer 13 can be reduced. For this reason, it is possible to improve the switching speed, which is the time until the change from the on state to the off state and the time until the change from the off state to the on state. Therefore, the necessary characteristics of the first insulating layer 13 covering the high-defect region 10a and the necessary characteristics of the second insulating layer 14 constituting the optimum structure as the FP insulating layer can be achieved. As a result, the response characteristics of SBD can be improved.

また、高欠陥領域10aを覆う第1の絶縁層13の厚みH13が、FP構造を形成する第2の絶縁層14の厚みH14よりも大きい場合には、第1の絶縁層13自体の耐圧を向上でき、かつ第2の絶縁層14のFP用絶縁層としての最適構造を実現できるので、FP構造による電界緩和に基づいて耐圧を向上できる。このため、第2の絶縁層14でのFP構造による耐圧向上効果を得ながら、高欠陥領域10a上の第1の絶縁層13で電界が印加されたときの耐圧を維持して、リーク電流の発生を抑制することができる。したがって、耐圧を向上したSBDを実現することができる。   Further, when the thickness H13 of the first insulating layer 13 covering the high defect region 10a is larger than the thickness H14 of the second insulating layer 14 forming the FP structure, the breakdown voltage of the first insulating layer 13 itself is reduced. In addition, since the optimum structure of the second insulating layer 14 as the FP insulating layer can be realized, the breakdown voltage can be improved based on the electric field relaxation by the FP structure. Therefore, while obtaining the breakdown voltage improvement effect by the FP structure in the second insulating layer 14, the breakdown voltage when the electric field is applied in the first insulating layer 13 on the high defect region 10a is maintained, and the leakage current is reduced. Occurrence can be suppressed. Therefore, an SBD with improved breakdown voltage can be realized.

(実施の形態2)
図18を参照して、本実施の形態における半導体装置の一例であるSBDを説明する。本実施の形態におけるSBDは、図1または図3の1aで示す領域の構成が図18に示す1bである点において、図2に示す実施の形態1の1aと異なっている。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 18, an SBD which is an example of a semiconductor device in this embodiment will be described. The SBD in the present embodiment is different from 1a of the first embodiment shown in FIG. 2 in that the configuration of the region shown by 1a in FIG. 1 or 3 is 1b shown in FIG.

具体的には、図18に示すように、第1の絶縁層13は、下部第1の絶縁層13aと、下部第1の絶縁層13a上に形成された上部第1の絶縁層13bとを有している。下部第1の絶縁層13aと上部第1の絶縁層13bとは、異なる材料であっても同じ材料であってもよい。下部または上部第1の絶縁層13a、13bの少なくともいずれか一方は、第2の絶縁層14を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有している。本実施の形態では、下部第1の絶縁層13aを構成する材料の誘電率は、上部第1の絶縁層13bおよび第2の絶縁層14を構成する材料の誘電率よりも小さい。なお、第1の絶縁層13は、3層以上であってもよい。   Specifically, as shown in FIG. 18, the first insulating layer 13 includes a lower first insulating layer 13a and an upper first insulating layer 13b formed on the lower first insulating layer 13a. Have. The lower first insulating layer 13a and the upper first insulating layer 13b may be made of different materials or the same material. At least one of the lower or upper first insulating layers 13 a and 13 b has a dielectric constant smaller than that of the material constituting the second insulating layer 14. In the present embodiment, the dielectric constant of the material constituting the lower first insulating layer 13a is smaller than the dielectric constant of the material constituting the upper first insulating layer 13b and the second insulating layer 14. The first insulating layer 13 may be three or more layers.

続いて、図18〜図24を参照して、本実施の形態におけるSBDの製造方法について説明する。   Then, with reference to FIGS. 18-24, the manufacturing method of SBD in this Embodiment is demonstrated.

まず、図19に示すように、実施の形態1と同様に、図5に示すようにGaN基板11の準備をし(ステップS1)、図6に示すようにエピタキシャル層12を形成する(ステップS2)。   First, as shown in FIG. 19, as in the first embodiment, the GaN substrate 11 is prepared as shown in FIG. 5 (step S1), and the epitaxial layer 12 is formed as shown in FIG. 6 (step S2). ).

次に、実施の形態1と同様に、図7に示すように絶縁層21を形成する。絶縁層21は、比誘電率が低い、二酸化シリコン(SiO2)やいわゆるlow−k材料を用いることが好ましい。 Next, as in Embodiment 1, an insulating layer 21 is formed as shown in FIG. The insulating layer 21 is preferably made of silicon dioxide (SiO 2 ) or a so-called low-k material having a low relative dielectric constant.

次に、実施の形態1と同様に、図8に示すように、絶縁層21において低欠陥領域10b上に形成された領域(第1の絶縁層13となるべき領域以外の領域)が開口したパターンを有するレジストなどのマスク層23を形成する。その後、実施の形態1と同様に、図9に示すように、絶縁層21において低欠陥領域10b上に形成された領域(絶縁層21においてマスク層23の開口パターンから露出している領域)を除去する。次いで、実施の形態1と同様に、図10に示すように、マスク層23を除去する。これにより、下部第1の絶縁層13aを形成することができる(ステップS7)。なお、図8〜図10における第1の絶縁層13は、本実施の形態では下部第1の絶縁層13aに相当する。   Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 8, a region (a region other than the region to be the first insulating layer 13) formed on the low defect region 10 b in the insulating layer 21 is opened. A mask layer 23 such as a resist having a pattern is formed. Thereafter, as in the first embodiment, as shown in FIG. 9, the region formed on the low defect region 10 b in the insulating layer 21 (the region exposed from the opening pattern of the mask layer 23 in the insulating layer 21). Remove. Next, as in the first embodiment, the mask layer 23 is removed as shown in FIG. Thereby, the lower first insulating layer 13a can be formed (step S7). The first insulating layer 13 in FIGS. 8 to 10 corresponds to the lower first insulating layer 13a in this embodiment.

次に、実施の形態1と同様に、図11に示すように、エピタキシャル層12の主表面12aおよび下部第1の絶縁層13aを覆うように、絶縁層26を形成する。なお、図11における第1の絶縁層13は、本実施の形態では下部第1の絶縁層13aに相当する。   Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 11, an insulating layer 26 is formed so as to cover main surface 12a of epitaxial layer 12 and lower first insulating layer 13a. Note that the first insulating layer 13 in FIG. 11 corresponds to the lower first insulating layer 13a in this embodiment.

次に、実施の形態1と同様に、図12に示すように、実施の形態1と同様に、GaN基板11の裏面11bにオーミック電極18を形成する(ステップS4)。なお、図12における第1の絶縁層13は、本実施の形態では下部第1の絶縁層13aに相当する。   Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 12, as in the first embodiment, the ohmic electrode 18 is formed on the back surface 11b of the GaN substrate 11 (step S4). Note that the first insulating layer 13 in FIG. 12 corresponds to the lower first insulating layer 13a in this embodiment.

次に、実施の形態1と同様に、図20に示すように、ショットキー電極16を形成するべき領域(第2の絶縁層14の開口部となるべき領域)が開口したレジストなどのマスク層27を形成する。その後、図21に示すように、絶縁層26においてマスク層27から開口した領域を除去する。次いで、図22に示すように、マスク層27を除去する。これにより、上部第1の絶縁層13bと、第2の絶縁層14とを形成することができる(ステップS8)。なお、マスク層27の形成および除去は、実施の形態1のマスク層23と同様であるので、その説明は繰り返さない。   Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 20, a mask layer such as a resist in which a region where the Schottky electrode 16 is to be formed (a region where the Schottky electrode 16 is to be opened) is opened. 27 is formed. Then, as shown in FIG. 21, the region opened from the mask layer 27 in the insulating layer 26 is removed. Next, as shown in FIG. 22, the mask layer 27 is removed. Thereby, the upper first insulating layer 13b and the second insulating layer 14 can be formed (step S8). Since formation and removal of mask layer 27 are the same as those of mask layer 23 of the first embodiment, description thereof will not be repeated.

本実施の形態では、第2の絶縁層14を形成するステップS8は、上部第1の絶縁層13bを形成する工程と同時に行なっている。ステップS7およびS8により、下部第1の絶縁層13aと上部第1の絶縁層13bとを有する第1の絶縁層13と、第2の絶縁層14とを形成することができる(ステップS4、S5)。   In the present embodiment, step S8 for forming the second insulating layer 14 is performed simultaneously with the step for forming the upper first insulating layer 13b. By steps S7 and S8, the first insulating layer 13 having the lower first insulating layer 13a and the upper first insulating layer 13b and the second insulating layer 14 can be formed (steps S4 and S5). ).

次に、図23に示すように、電極15を形成するべき領域が開口したレジストなどのマスク層28を形成する。その後、図24に示すように、電極25を形成する。次いで、マスク層28を除去する。これにより、図18に示すように、第2の絶縁層14の開口部の内部においてエピタキシャル層12の主表面12aに接触するショットキー電極16と、ショットキー電極16と接続するとともに第1の絶縁層14に重なる部分に形成されたFP電極17とを有する電極15を形成することができる(ステップS6)。なお、電極25の形成方法は、実施の形態1と同様であり、マスク層28は実施の形態1のマスク層24と同様であるので、その説明は繰り返さない。   Next, as shown in FIG. 23, a mask layer 28 such as a resist having an opening in a region where the electrode 15 is to be formed is formed. Thereafter, as shown in FIG. 24, an electrode 25 is formed. Next, the mask layer 28 is removed. As a result, as shown in FIG. 18, the Schottky electrode 16 that contacts the main surface 12a of the epitaxial layer 12 inside the opening of the second insulating layer 14 is connected to the Schottky electrode 16 and the first insulation. An electrode 15 having an FP electrode 17 formed in a portion overlapping the layer 14 can be formed (step S6). The method for forming electrode 25 is the same as that in the first embodiment, and mask layer 28 is the same as mask layer 24 in the first embodiment. Therefore, description thereof will not be repeated.

以上の工程(ステップS1〜S8)を実施することにより、図18に示すSBDを製造することができる。   The SBD shown in FIG. 18 can be manufactured by performing the above steps (steps S1 to S8).

本実施の形態におけるSBDの製造方法では、第2の絶縁層14を形成するステップS5は、上部第1の絶縁層13bを形成するステップS8と同時に行なっているが、下部第1の絶縁層を形成するステップS7と同時に行なってもよい。また、本実施の形態では、下部第1の絶縁層13aを構成する材料の誘電率が第2の絶縁層14を構成する材料の誘電率よりも小さいが、上部第1の絶縁層13bを構成する材料の誘電率が第2の絶縁層14を構成する材料の誘電率よりも鋳小さくてもよい。   In the SBD manufacturing method according to the present embodiment, step S5 for forming the second insulating layer 14 is performed simultaneously with step S8 for forming the upper first insulating layer 13b. You may perform simultaneously with step S7 to form. In the present embodiment, the dielectric constant of the material constituting the lower first insulating layer 13a is smaller than the dielectric constant of the material constituting the second insulating layer 14, but the upper first insulating layer 13b is configured. The dielectric constant of the material to be formed may be smaller than the dielectric constant of the material constituting the second insulating layer 14.

本実施の形態によれば、第1の絶縁層13が2層以上であるので、第1の絶縁層13の厚みH13を第2の絶縁層14の厚みH14よりも大きいSBDを容易に形成することができる。   According to the present embodiment, since the first insulating layer 13 has two or more layers, an SBD in which the thickness H13 of the first insulating layer 13 is larger than the thickness H14 of the second insulating layer 14 is easily formed. be able to.

(実施の形態3)
図25を参照して、本実施の形態における半導体装置の一例であるSBDを説明する。本実施の形態におけるSBDは、図1または図3の1aで示す領域の構成が図25に示す1cである点において、図2に示す実施の形態1の1aおよび図18に示す実施の形態2の1bと異なっている。
(Embodiment 3)
With reference to FIG. 25, an SBD which is an example of a semiconductor device in this embodiment will be described. The SBD in the present embodiment is the same as that of the region 1a shown in FIG. 1 or FIG. 3 in that the region 1c shown in FIG. 25 is 1c, and the embodiment 2 shown in FIG. 1b.

具体的には、図25に示すSBDは、図18に示す実施の形態2のSBDと同様の構成を備えているが、第1の絶縁層13の上部第1の絶縁層13bは、下部第1絶縁層13aの全体を覆っている点において、実施の形態2におけるSBDと異なっている。   Specifically, the SBD shown in FIG. 25 has the same configuration as the SBD of the second embodiment shown in FIG. 18, but the upper first insulating layer 13b of the first insulating layer 13 It differs from the SBD in the second embodiment in that it covers the entire insulating layer 13a.

本実施の形態におけるSBDの製造方法は、基本的には実施の形態2のSBDと同様の構成を備えているが、上部第1の絶縁層13bの形成方法において、実施の形態2におけるSBDの製造方法と異なっている。   The manufacturing method of the SBD in the present embodiment basically has the same configuration as the SBD of the second embodiment. However, in the method of forming the upper first insulating layer 13b, the SBD of the second embodiment is formed. It is different from the manufacturing method.

具体的には、図20に示すマスク層27を形成する際に、下部第1の絶縁層13aの全体を覆うように、マスク層27を形成する。その後、絶縁層26においてマスク層27から開口した領域を除去すると、図25に示す上部第1の絶縁層13bを形成することができる。   Specifically, when the mask layer 27 shown in FIG. 20 is formed, the mask layer 27 is formed so as to cover the entire lower first insulating layer 13a. Thereafter, by removing the region opened from the mask layer 27 in the insulating layer 26, the upper first insulating layer 13b shown in FIG. 25 can be formed.

本実施の形態におけるSBDによれば、上部第1の絶縁層13bは、下部第1の絶縁層13aを覆っている。このため、図25に示すエピタキシャル層12において第1の絶縁層13と接する端部の領域R2は、図18に示す実施の形態2のSBDの領域R1に比べて、FP構造に適した条件であるので、電界集中を緩和することができる。したがって、本実施の形態におけるSBDは、より耐圧を向上することができる。   According to the SBD in the present embodiment, the upper first insulating layer 13b covers the lower first insulating layer 13a. Therefore, end region R2 in contact with first insulating layer 13 in epitaxial layer 12 shown in FIG. 25 has conditions suitable for the FP structure as compared with region R1 of SBD of the second embodiment shown in FIG. Therefore, the electric field concentration can be reduced. Therefore, the SBD in this embodiment can further improve the breakdown voltage.

ここで、実施の形態1〜3では、半導体装置としてSBDを例に挙げて説明したが、本発明の半導体装置はSBDに限定されず、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)、JFET(Junction Field-Effect Transistor:接合電界効果トランジスタ)、pnダイオード、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などにも適用することができる。   Here, in the first to third embodiments, the SBD is described as an example of the semiconductor device. However, the semiconductor device of the present invention is not limited to the SBD, and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), The present invention can also be applied to JFETs (Junction Field-Effect Transistors), pn diodes, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and the like.

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   Although the embodiments of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to combine the features of each embodiment as appropriate. In addition, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1 ショットキーバリアダイオード(SBD)、10 GaN層、10a 高欠陥領域、10b 低欠陥領域、10c,11a,12a 主表面、10d,11b,12b 裏面、11 GaN基板、12 エピタキシャル層、13 第1の絶縁層、13a 下部第1の絶縁層、13b 上部第1の絶縁層、14 第2の絶縁層、15,25 電極、16 ショットキー電極、17 FP電極、18 オーミック電極、21,26 絶縁層、23,24,27,28,29 マスク層。   1 Schottky barrier diode (SBD), 10 GaN layer, 10a high defect region, 10b low defect region, 10c, 11a, 12a main surface, 10d, 11b, 12b back surface, 11 GaN substrate, 12 epitaxial layer, 13 first Insulating layer, 13a Lower first insulating layer, 13b Upper first insulating layer, 14 Second insulating layer, 15, 25 electrode, 16 Schottky electrode, 17 FP electrode, 18 Ohmic electrode, 21, 26 insulating layer, 23, 24, 27, 28, 29 Mask layers.

Claims (2)

高欠陥領域と、前記高欠陥領域よりも欠陥密度の低い低欠陥領域とを含み、主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有する窒化ガリウム層と、
前記窒化ガリウム層の前記主表面における前記高欠陥領域を覆うように形成された第1の絶縁層と、
前記窒化ガリウム層の前記主表面における前記低欠陥領域の上に形成され、前記第1の絶縁層が内部に配置された開口部が形成された第2の絶縁層と、
前記開口部の内部に、前記窒化ガリウム層の前記主表面に接触するように形成された電極層と、
前記電極層に接続するとともに、前記第1の絶縁層および前記第2の絶縁層に重なるように形成されたフィールドプレート電極とを備え、
前記第1の絶縁層は、前記第2の絶縁層を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料を含む、半導体装置。
A gallium nitride layer including a high defect region, a low defect region having a defect density lower than that of the high defect region, and having a main surface and a back surface opposite to the main surface;
A first insulating layer formed to cover the high defect region on the main surface of the gallium nitride layer;
A second insulating layer formed on the low-defect region on the main surface of the gallium nitride layer and having an opening in which the first insulating layer is disposed ;
An electrode layer formed in the opening to be in contact with the main surface of the gallium nitride layer;
A field plate electrode connected to the electrode layer and formed to overlap the first insulating layer and the second insulating layer;
The semiconductor device, wherein the first insulating layer includes a material having a dielectric constant smaller than a dielectric constant of a material constituting the second insulating layer.
高欠陥領域と、前記高欠陥領域よりも欠陥密度の低い低欠陥領域とを含み、主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有する窒化ガリウム層を準備する工程と、
前記窒化ガリウム層の前記主表面における前記高欠陥領域を覆うように第1の絶縁層を形成する工程と、
前記窒化ガリウム層の前記主表面における前記低欠陥領域上に、前記第1の絶縁層が内部に配置された開口部を有する第2の絶縁層を形成する工程と、
前記開口部の内部に、前記窒化ガリウム層の前記主表面に接触するように電極層を形成すると同時に、前記電極層に接続するとともに前記第1の絶縁層および前記第2の絶縁層に重なるようにフィールドプレート電極を形成する工程とを備え、
前記第1の絶縁層を形成する工程では、前記第2の絶縁層を構成する材料の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料を含む前記第1の絶縁層を形成する、半導体装置の製造方法。
Preparing a gallium nitride layer including a high defect region and a low defect region having a defect density lower than that of the high defect region, and having a main surface and a back surface opposite to the main surface;
Forming a first insulating layer so as to cover the high defect region on the main surface of the gallium nitride layer;
Forming a second insulating layer having an opening in which the first insulating layer is disposed on the low-defect region on the main surface of the gallium nitride layer;
An electrode layer is formed in the opening so as to contact the main surface of the gallium nitride layer, and at the same time, connected to the electrode layer and overlaps the first insulating layer and the second insulating layer. And a step of forming a field plate electrode,
In the step of forming the first insulating layer, the first insulating layer including a material having a dielectric constant smaller than that of the material constituting the second insulating layer is formed. .
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