JP6194869B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
A−1.半導体装置の構成
図1は、第1実施形態における半導体装置100の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置100は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置100は、縦型トレンチMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。本実施形態では、半導体装置100は、電力制御に用いられ、パワーデバイスとも呼ばれる。
図3は、第1実施形態における半導体装置100の製造方法を示す工程図である。まず、製造者は、表面117およびトレンチ128を有する半導体層112,114,116を形成する(工程P110)。
以上説明した第1実施形態によれば、絶縁膜130および保護電極143によってソース電極141をドライエッチングから保護できるため、ソース電極141のオーミック性を十分に確保できる。また、絶縁膜130によってソース電極141の外縁端141eを覆うため、保護電極143によってソース電極141を覆い尽くす場合と比較して、ゲート電極142を形成する設計マージンによる素子寸法の拡大を抑制できる。したがって、製造コストの抑制および素子の微細化を実現しながら、ソース電極141のオーミック性を十分に確保できる。
図11は、第2実施形態における半導体装置200の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置200の絶縁膜230は、2層の絶縁層231,232から成る多層構造を有する。第2実施形態における半導体装置200の構成は、多層構造を有する絶縁膜230を備える点を除き、第1実施形態の半導体装置100と同様である。他の実施形態では、絶縁膜230は、3層以上の絶縁層から成る多層構造を有してもよい。
C−1.半導体装置の構成
図12は、第3実施形態における半導体装置300の構成を模式的に示す断面図である。第3実施形態における半導体装置300の構成は、多層構造を有する絶縁膜330を備える点を除き、第2実施形態の半導体装置200と同様である。半導体装置300の絶縁膜330は、2層の絶縁層331,332から成る多層構造を有する。他の実施形態では、絶縁膜330は、3層以上の絶縁層から成る多層構造を有してもよい。
図13は、第3実施形態における半導体装置300の製造方法を示す工程図である。まず、製造者は、第1実施形態と同様に、表面117およびトレンチ128を有する半導体層112,114,116を形成する(工程P310)。これによって、製造者は、トレンチ128が形成された半導体装置100bを得る(図5)。
以上説明した第3実施形態によれば、第1実施形態と同様に、製造コストの抑制および素子の微細化を実現しながら、ソース電極141のオーミック性を十分に確保できる。また、第2実施形態と同様に、絶縁層331の特性と絶縁層332の特性との組み合わせによって、絶縁膜330に要求される特性を実現できる。また、ソース電極141を形成する処理(工程P330)による汚染から、トレンチ128における半導体層114の表面を絶縁層331によって保護できるため、トレンチ128における半導体層114と絶縁膜330との間における界面準位密度の増加に伴う界面特性の悪化を抑制できる。また、自己整合によってソース電極141を形成できるため、設計マージンによる素子寸法の拡大を抑制できる。また、自己整合によって、ソース電極141を形成するマスクを別途作製する必要がないため、製造コストを抑制できる。
D−1.半導体装置の構成
図19は、第4実施形態における半導体装置400の構成を模式的に示す断面図である。第4実施形態における半導体装置400の構成は、ボディ電極444を形成するために各部の構造が異なる点を除き、第1実施形態の半導体装置100と同様である。半導体装置400は、半導体装置100と異なる構成として、リセス429と、ボディ電極444と、絶縁膜430と、ソース電極441と、保護電極443とを備える。
図20は、第4実施形態における半導体装置400の製造方法を示す工程図である。まず、製造者は、MOCVDを用いて基板110の上に半導体層112,114,116を順に形成した後、ドライエッチングによってトレンチ128およびリセス429を形成する(工程P410)。
以上説明した第4実施形態によれば、第1実施形態と同様に、製造コストの抑制および素子の微細化を実現しながら、ソース電極441のオーミック性を十分に確保できる。また、ボディ電極444によってボディーダイオードを形成できる。
図21は、第5実施形態における半導体装置500の構成を模式的に示す断面図である。第5実施形態における半導体装置500の構成は、ボディ電極444を形成するために各部の構造が異なる点を除き、第1実施形態の半導体装置100と同様である。半導体装置500は、半導体装置100と異なる構成として、リセス429と、ボディ電極444と、絶縁膜530と、ソース電極541と、保護電極543とを備える。半導体装置500のリセス429およびボディ電極444は、第4実施形態と同様である。
図22は、第6実施形態における半導体装置600の構成を示す断面図である。第6実施形態における半導体装置600の構成は、絶縁膜630を備える点を除き、第5実施形態の半導体装置500と同様である。半導体装置600の絶縁膜630は、ボディ電極444の外縁端444eより内側に開口端630pを有する点を除き、第5実施形態の絶縁膜530と同様である。
G−1.半導体装置の構成
図23は、第7実施形態における半導体装置700の構成を示す断面図である。第7実施形態における半導体装置700の構成は、絶縁膜730を備える点を除き、第5実施形態の半導体装置500と同様である。半導体装置700の絶縁膜730は、2層の絶縁層731,732から成る多層構造を有する。他の実施形態では、絶縁膜730は、3層以上の絶縁層から成る多層構造を有してもよい。
図24は、第7実施形態における半導体装置700の製造方法を示す工程図である。まず、製造者は、MOCVDを用いて基板110の上に半導体層112,114,116を順に形成した後、ドライエッチングによってトレンチ128およびリセス429を形成する(工程P710)。
以上説明した第7実施形態によれば、第1実施形態と同様に、製造コストの抑制および素子の微細化を実現しながら、ソース電極541のオーミック性を十分に確保できる。また、第2実施形態と同様に、絶縁層731の特性と絶縁層732の特性との組み合わせによって、絶縁膜730に要求される特性を実現できる。また、ソース電極541を形成する処理(工程P330)による汚染から、トレンチ128における半導体層114の表面を絶縁層731によって保護できるため、トレンチ128における半導体層114と絶縁膜730との間における界面準位密度の増加に伴う界面特性の悪化を抑制できる。また、自己整合によってソース電極541を形成できるため、設計マージンによる素子寸法の拡大を抑制できる。また、自己整合によって、ソース電極541を形成するマスクを別途作製する必要がないため、製造コストを抑制できる。
図25は、第8実施形態における半導体装置800の構成を模式的に示す断面図である。図25には、図1と同様にXYZ軸が図示されている。半導体装置800は、GaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置800は、リセス構造を有する横型MISFET(Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。
図26は、第9実施形態における半導体装置900の構成を模式的に示す断面図である。図26には、図1と同様にXYZ軸が図示されている。半導体装置900は、GaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置900は、横型HFET(Heterostructure Field-Effect Transistor)である。
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
110…基板
112…半導体層
114…半導体層(p型半導体層)
116…半導体層(n型半導体層)
117…表面
128…トレンチ
130…絶縁膜
130p…開口端
131p…開口端
141…ソース電極
141e…外縁端
142…ゲート電極
143…保護電極
143e…外縁端
145…ドレイン電極
148…電極層
200…半導体装置
230…絶縁膜
231,232…絶縁層
300,300a〜300e…半導体装置
330…絶縁膜
331,332…絶縁層
392…マスク
392p…開口端
400…半導体装置
429…リセス
430…絶縁膜
430p…開口端
441…ソース電極
441e…外縁端
443…保護電極
444…ボディ電極
444e…外縁端
500…半導体装置
530…絶縁膜
530p…開口端
541…ソース電極
541e…外縁端
543…保護電極
600…半導体装置
630…絶縁膜
630p…開口端
700…半導体装置
730…絶縁膜
730p…開口端
731,732…絶縁層
800…半導体装置
810…基板
812,814,816…半導体層
817…表面
828…リセス
830…絶縁膜
831p,835p…開口端
841…ソース電極
841e…外縁端
842…ゲート電極
843…保護電極
843e…外縁端
844…保護電極
844e…外縁端
845…ドレイン電極
845e…外縁端
900…半導体装置
930…絶縁膜
932p…開口端
942…ゲート電極
Claims (12)
- 半導体装置であって、
半導体層と、
前記半導体層の一部にオーミック接触する第1の電極と、
前記半導体層の上から前記第1の電極の上にわたって形成され、前記第1の電極の外縁端より内側に開口部を有する絶縁膜と、
前記第1の電極とは異なる位置において、前記絶縁膜および前記半導体層の少なくとも一方の上に形成された第2の電極と、
前記第2の電極を構成する成分と同一の成分から成り、前記開口部を通じて前記第1の電極の上に形成されるとともに、前記第1の電極の上から前記絶縁膜上における前記第1の電極の前記外縁端より内側にわたって形成された第3の電極と
を備える半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記絶縁膜は、
前記半導体層の上から前記第1の電極の上にわたって形成された第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層の上に形成された第2の絶縁層と
を含む、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記絶縁膜は、
前記半導体層の上に形成された第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層の上から前記第1の電極の上にわたって形成された第2の絶縁層と
を含む、半導体装置。 - 前記第1の絶縁層を構成する成分は、前記第2の絶縁層を構成する成分とは異なる、請求項2または請求項3に記載の半導体装置。
- 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記第1の電極は、ソース電極であり、
前記第2の電極は、ゲート電極である、半導体装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記半導体層は、
p型半導体層と、
前記p型半導体層に隣接し、前記第1の電極が形成された表面を有するn型半導体層と
を含み、
前記p型半導体層の上に形成された第4の電極を更に備える半導体装置。 - 前記第1の電極は、前記第4の電極に接触する、請求項6に記載の半導体装置。
- 前記絶縁膜の前記開口部は、前記第4の電極の外縁端より内側に位置する、請求項7に記載の半導体装置。
- 前記半導体層は、窒化ガリウム(GaN)から主に成る、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の半導体装置。
- 半導体装置の製造方法であって、
半導体層を形成し、
前記半導体層の一部にオーミック接触する第1の電極を形成し、
前記半導体層の上から前記第1の電極の上にわたって絶縁膜を形成し、
前記第1の電極の外縁端より内側において前記第1の電極を露出させる開口部を、前記絶縁膜に形成し、
前記絶縁膜の上から前記第1の電極の上にわたって電極層を形成し、
ドライエッチングによって前記電極層を、前記第1の電極とは異なる位置において、前記絶縁膜および前記半導体層の少なくとも一方の上に形成された第2の電極と、前記第1の電極の上から前記絶縁膜上における前記第1の電極の前記外縁端より内側にわたって形成された第3の電極とに分断する、半導体装置の製造方法。 - 請求項10に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第1の電極を形成する前に、前記絶縁膜の一部として、前記半導体層の上に第1の絶縁層を形成し、
前記半導体層を露出させる第1の開口部を前記第1の絶縁層に形成し、
前記第1の開口部から露出する前記半導体層の上に前記第1の電極を形成し、
前記第1の絶縁層の上から前記第1の電極の上にわたって、前記絶縁膜の一部として、第2の絶縁層を形成し、
前記開口部として第2の開口部を前記第2の絶縁層に形成する、半導体装置の製造方法。 - 前記第1の開口部を形成するマスクを、前記第1の電極を形成するマスクとして利用する、請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
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