JP6558385B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本明細書で開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。
特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上面に形成されたショットキー電極を有する。半導体基板の上面は、いわゆるメサ構造を有する。即ち、半導体基板の上面は、第１範囲とそれを取り囲む第２範囲とを有し、第１範囲において第２範囲よりも高くなっており、第１範囲と第２範囲との間に立上り面が形成されている。ショットキー電極は第１範囲上に設けられており、第１範囲の外周部分には、ショットキー電極の外周縁に対向する高比抵抗層が設けられている。このような構造によると、ショットキー電極の外周縁近傍における電界集中が緩和されることから、半導体装置の耐圧性が改善される。
特許文献１にはさらに、メサ構造を有さない他の半導体装置も開示されている。この半導体装置では、ショットキー電極の外周部分が、絶縁膜を介して半導体基板に対向している。このような構成によると、ショットキー電極の外周部分が、フィールドプレート電極として機能し、ショットキー接触する範囲の外周縁近傍における電界集中が、フィールドプレート効果によって緩和される。これにより、半導体装置の耐圧性が改善される。
特開２０１３−１０２０８１号公報
本明細書は、半導体装置の耐圧性をさらに向上し得る新規な構造とその製造方法を提供する。
本明細書が開示する半導体装置の構造では、半導体基板の上面が、第１範囲とその第１範囲を取り囲む第２範囲とを有する。半導体基板の上面は、第１範囲において第２範囲よりも高く、第１範囲と第２範囲との間に立上り面が形成されている。第１範囲には、半導体基板の上面にショットキー接触するショットキー電極が設けられている。ショットキー電極の外周縁は、第１範囲上に位置しており、立上り面はショットキー電極によって覆われていない。半導体基板の上面には、絶縁膜がさらに設けられている。絶縁膜は、立上り面に沿って環状に伸びており、その内周縁がショットキー電極上に位置するとともに、その外周縁は第２範囲上に位置している。絶縁膜上には、フィールドプレート電極が設けられている。フィールドプレート電極は、ショットキー電極と電気的に接続されているとともに、ショットキー電極の外周縁から立上り面を経て第２範囲に至る範囲において、絶縁膜を介して半導体基板の上面に対向する。
上記した構造では、半導体基板の上面がメサ構造を有するとともに、フィールドプレート電極が、ショットキー電極の外周縁から立上り面を経て第２範囲に至る範囲に設けられている。このような構造によると、半導体基板とショットキー電極との間に逆バイアス電圧が印加された時に、空乏層がショットキー電極の外周縁から立上り面を越えて第２範囲にまで広がりやすい。それにより、ショットキー電極の外周縁近傍における電界集中が大きく緩和され、半導体装置の耐圧性がより向上する。
本明細書は、上記した半導体装置の製造する方法をさらに開示する。この方法は、その上面に第１範囲とそれを取り囲む第２範囲とを有するｎ型の半導体基板を用意する工程と、半導体基板の上面の少なくとも第１範囲上に半導体基板の上面にショットキー接触するショットキー電極を形成する工程と、半導体基板の上面が第１範囲において第２範囲よりも高く、第１範囲と第２範囲との間に立上り面が形成され、ショットキー電極の外周縁が第１範囲上に位置するように、半導体基板の上面の第２範囲をエッチングする工程と、半導体基板の上面において立上り面に沿って環状に延び、その内周縁がショットキー電極上に位置するとともにその外周縁が第２範囲上に位置する絶縁膜を形成する工程と、ショットキー電極と電気的に接続され、ショットキー電極の外周縁から立上り面を経て第２範囲に至る範囲において、絶縁膜を介して半導体基板の上面に対向するフィールドプレート電極を形成する工程とを備える。この製造方法によると、上述した耐圧性に優れる半導体装置を製造することができる。
半導体装置１０の平面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線における断面図であり、半導体装置１０の耐圧性に係る構造を模式的に示す。 実施例１の半導体装置１０の製造方法の流れを示すフローチャート。 半導体基板１２を用意する工程（Ｓ１２）の一手順を説明する図であって、半導体基板１２の最初の状態を示す。 半導体基板１２を用意する工程（Ｓ１２）の一手順を説明する図であって、ドリフト層３４が形成された半導体基板１２を示す。 半導体基板１２を用意する工程（Ｓ１２）の一手順を説明する図であって、高比抵抗層３６に対応する位置に溝３６ｃが形成された半導体基板１２を示す。 半導体基板１２を用意する工程（Ｓ１２）の一手順を説明する図であって、高比抵抗層３６がエピタキシャル成長によって形成された半導体基板１２を示す。 半導体基板１２を用意する工程（Ｓ１２）の一手順を説明する図であって、余分な高比抵抗層３６が除去された半導体基板１２を示す。 ショットキー電極１６を形成する工程（Ｓ１４）を説明する図。 第２範囲Ｙをエッチングする工程（Ｓ１６）を説明する図。 絶縁膜２０を形成する工程（Ｓ１８）の一手順を説明する図であって、上面１２ａの全域に絶縁膜２０が形成された半導体基板１２を示す。 絶縁膜２０を形成する工程（Ｓ１４）の一手順を説明する図であって、絶縁膜２０がパターニングされた半導体基板１２を示す。 コンタクト電極１８を形成する工程（Ｓ２０）の一手順を説明する図であって、上面１２ａの全域にコンタクト電極１８が形成された半導体基板１２を示す。 コンタクト電極１８を形成する工程（Ｓ２０）の一手順を説明する図であって、コンタクト電極１８がパターニングされた半導体基板１２を示す。 保護膜２２を形成する工程（Ｓ２２）の一手順を説明する図であって、上面１２ａの全域に保護膜２２が形成された半導体基板１２を示す。 保護膜２２を形成する工程（Ｓ２２）の一手順を説明する図であって、保護膜２２がパターニングされた半導体基板１２を示す。 実施例２の半導体装置１０の製造方法の流れを示すフローチャート。 半導体基板１２を用意する工程（Ｓ１１２）を説明する図。 ショットキー電極１６を形成する工程（Ｓ１１４）を説明する図。 第２範囲Ｙをエッチングする工程（Ｓ１１６）を説明する図。 不純物をイオン注入する工程（Ｓ１１７）を説明する図。 絶縁膜２０を形成する工程（Ｓ１１８）の一手順を説明する図であって、上面１２ａの全域に絶縁膜２０が形成された半導体基板１２を示す。 絶縁膜２０を形成する工程（Ｓ１１８）の一手順を説明する図であって、絶縁膜２０がパターニングされた半導体基板１２を示す。
本開示の構造及びその製造方法は、ｐ型領域の形成が難しい半導体を用いた半導体装置に適用することができる。一般に、半導体装置の耐圧性を向上する一つの構造として、ｐ型のガードリング領域を有するガードリング構造が知られている。しかしながら、ｐ型領域を形成することが難しい半導体では、ガードリング構造を採用することも難しい。この点に関して、本開示の構造及び製造方法は、ｐ型領域の形成を必要としないことから、ｐ型領域の形成が難しい半導体において有効といえる。ｐ型領域の形成が難しい半導体としては、例えば酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）といった酸化物半導体が挙げられる。特に、真空準位を基準として、伝導帯の最低部が−４．０ｅＶよりも低く、かつ、価電子帯の最上部が−６．０ｅＶよりも低い酸化物半導体は、ｐ型領域の形成が難しい。しかしながら、本開示の構造及びその製造方法は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）といった他の半導体を用いた半導体装置にも適用することができる。
一実施形態において、絶縁膜の形成は、ミストＣＶＤによって行われてもよい。絶縁膜は、その間に立上り面が存在する第１範囲と第２範囲とに亘って形成される。一般に、このような段差を有する表面に、絶縁膜を均一に形成することは難しい。この点に関して、ミストＣＶＤは、段差を有する表面への成膜に適しており、本開示における絶縁膜の形成にも有効に採用することができる。
一実施形態において、ショットキー電極を形成する工程では、ショットキー電極が第２範囲上にも形成されてよい。この場合、第２範囲をエッチングする工程では、第２範囲上に形成されたショットキー電極も除去されるとよい。このような構成によると、ショットキー電極のパターニングと、半導体基板のメサ構造の形成とが同一工程で行われるので、ショットキー電極と半導体基板のメサ構造との間の位置関係に生じ得る製造誤差（即ち、設計との誤差）を抑制することができる。
一実施形態において、半導体基板を用意する工程では、ｎ型のドリフト層とドリフト層よりもキャリア濃度が低いｎ型の高比抵抗層とを有する半導体基板を用意してもよい。この半導体基板では、ドリフト層と高比抵抗層とが上面に露出しており、上面において高比抵抗層がドリフト層を取り囲んでいるとともに、第１範囲と第２範囲との境界が高比抵抗層上に位置するとよい。このような構成によると、ショットキー電極の外周縁が、高比抵抗層上に位置して、耐圧性により優れた半導体装置を製造することができる。
上記した実施形態では、半導体基板を用意する工程が、ドリフト層をエピタキシャル成長によって形成する工程、ドリフト層の一部をエッチングして高比抵抗層を形成する位置に溝を形成する工程、及び、その溝内に高比抵抗層をエピタキシャル成長によって形成する工程を備えてもよい。この場合、特に限定されないが、高比抵抗層のエピタキシャル成長は、ミストＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって行われてもよい。ミストＣＶＤによると、隅角部を有する溝内にも、空洞のないエピタキシャル成長層を形成することできる。
あるいは、他の一実施形態として、エッチングする工程と絶縁膜を形成する工程との間に、ショットキー電極をマスクとして、半導体基板の上面に半導体基板のキャリア濃度を減少させる不純物をイオン注入する工程をさらに備えてもよい。この場合、不純物は、ショットキー電極の下方へ注入されるように、第１範囲の法線方向と角度を成す方向から注入されるとよい。このような構成によると、前述した高比抵抗層を、イオン注入によって形成することができる。ショットキー電極をマスクとして利用することから、ショットキー電極と高比抵抗層との間の位置関係に生じ得る製造誤差（即ち、設計との誤差）を抑制することができる。
（実施例１） 図面を参照して、実施例１の半導体装置１０及びその製造方法について説明する。半導体装置１０は、パワー半導体装置の一種であり、例えば電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車といった電動車両において、車輪を駆動するモータへ電力を供給する回路に採用することができる。なお、本実施例で説明する技術要素は、ここで開示する半導体装置１０やその製造方法に限定されず、他の様々な半導体装置やその製造方法にも適用することができる。以下では、先ず半導体装置１０の構成について説明し、次いで半導体装置１０の製造方法について説明する。
図１、図２に示すように、半導体装置１０は、半導体基板１２と、上面電極１４と、絶縁膜２０と、保護膜２２と、下面電極２４とを備える。上面電極１４、絶縁膜２０及び保護膜２２は、半導体基板１２の上面１２ａ上に設けられており、下面電極２４は半導体基板１２の下面１２ｂ上に設けられている。上面電極１４は、ショットキー電極１６とコンタクト電極１８とを有する。コンタクト電極１８は、ショットキー電極１６上に設けられており、ショットキー電極１６と電気的に接続されている。コンタクト電極１８の外周部分１８ｆは、絶縁膜２０を介して半導体基板１２に対向しており、フィールドプレート電極として機能する。このフィールドプレート電極１８ｆは、ショットキー電極１６の外周縁１６ｄよりも外側（図２中の右側）において、絶縁膜２０を介して半導体基板１２の上面１２ａに対向する。
半導体基板１２の上面１２ａは、メサ構造を有している。具体的には、半導体基板１２の上面１２ａは、第１範囲Ｘと、第１範囲Ｘを一巡する第２範囲Ｙとを有し、第１範囲Ｘにおいて第２範囲Ｙよりも高くなっている。言い換えると、第１範囲Ｘは、第２範囲Ｙに対して突出している。第１範囲Ｘと第２範囲Ｙは、互いに平行であって、かつ、半導体基板１２の下面１２ｂとも平行である。第１範囲Ｘと第２範囲Ｙとの間には、立上り面Ｚが形成されている。立上り面Ｚは、高低差を有する第１範囲Ｘと第２範囲Ｙとの間を接続する傾斜面又は垂直面であって、第１範囲Ｘ及び第２範囲Ｙに対して角度を成す面である。
半導体基板１２は、ｎ型の半導体基板である。本実施例の半導体基板１２は、特に限定されないが、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）の基板である。半導体基板１２は、ｎ型のオーミック接触層３２と、オーミック接触層３２よりもキャリア濃度が低いドリフト層３４と、ドリフト層３４よりもキャリア濃度が低い高比抵抗層３６とを備える。オーミック接触層３２は、半導体基板１２の下層に位置しており、半導体基板１２の下面１２ｂに露出している。ドリフト層３４及び高比抵抗層３６は、オーミック接触層３２上に設けられており、半導体基板１２の上面１２ａに露出している。半導体基板１２の上面１２ａにおいて、高比抵抗層３６はドリフト層３４を取り囲んでおり、第１範囲Ｘと第２範囲Ｙとの間の立上り面Ｚは、高比抵抗層３６上に位置している。言い換えると、高比抵抗層３６は、第１範囲Ｘから立上り面Ｚを経て第２範囲Ｙに亘る範囲に形成されている。本実施例では、高比抵抗層３６がオーミック接触層３２へ直接的に接触しているが、他の実施形態では、高比抵抗層３６とオーミック接触層３２との間にドリフト層３４が介在してもよい。あるいは、高比抵抗層３６は、必須の構成ではないことから、必要に応じて省略されてもよい。
ショットキー電極１６は、第１範囲Ｘ上に設けられており、半導体基板１２の上面１２ａにショットキー接触している。ショットキー電極１６の外周縁１６ｄは、第１範囲Ｘ上に位置している。即ち、立上り面Ｚは、ショットキー電極１６によって覆われていない。ショットキー電極１６の材料は、半導体基板１２の上面１２ａとショットキー接触し得る材料であればよく、特に限定されないが、例えば白金（Ｐｔ）であってよい。
絶縁膜２０は、立上り面Ｚに沿って環状に伸びている。絶縁膜２０の内周縁２０ｃは、ショットキー電極１６上に位置しており、絶縁膜２０の外周縁２０ｄは、第２範囲Ｙ上に位置している。一例ではあるが、本実施例の絶縁膜２０は、半導体基板１２の側面１２ｄまで達しており、第２範囲Ｙの全体を覆っている。絶縁膜２０の材料は、所望の絶縁性を有する材料であればよく、特に限定されないが、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であってよい。
コンタクト電極１８の外周部分は、絶縁膜２０上に位置しており、前述したように、フィールドプレート電極１８ｆとして機能する。一方、コンタクト電極１８の中央部分は、絶縁膜２０の内周縁２０ｃが画定する開口を通じて、ショットキー電極１６と直接的に接触している。これにより、フィールドプレート電極１８ｆは、ショットキー電極１６と電気的に接続されている。フィールドプレート電極１８ｆは、ショットキー電極１６の外周縁１６ｄの近傍において、絶縁膜２０を介して半導体基板１２の上面１２ａに対向する。具体的には、フィールドプレート電極１８ｆは、ショットキー電極１６の外周縁１６ｄから立上り面Ｚを経て第２範囲Ｙに至る範囲に亘って、絶縁膜２０を介して半導体基板１２の上面１２ａに対向する。なお、コンタクト電極１８（即ち、フィールドプレート電極１８ｆ）の材料は、特に限定されないが、例えば金（Ａｕ）であってよい。あるいは、コンタクト電極１８は、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金の各層を含む積層構造を有してもよい。
保護膜２２は、半導体基板１２の周縁に沿って環状に延びており、上面電極１４の外周部分や絶縁膜２０を覆っている。保護膜２２の内周縁２２ｃは、上面電極１４を露出する開口を画定している。保護膜２２の材料は、絶縁性材料であればよく、特に限定されないが、例えばポリイミドといった高分子材料であってよい。
下面電極２４は、半導体基板１２の下面１２ｂにオーミック接触している。下面電極２４の材料は、半導体基板１２の下面１２ｂにオーミック接触し得るものであればよく、特に限定されない。本実施例の下面電極２４は、半導体基板１２の下面１２ｂの全域に接しているが、他の実施形態として、下面電極２４は半導体基板１２の下面１２ｂの一部に接するだけでもよい。
上述した構造により、本実施例の半導体装置１０は、上面電極１４をアノードとし、下面電極カソードとする、ショットキーバリアダイオード（以下、単にダイオードとする）を内蔵する。このダイオードでは、半導体基板１２の上面１２ａがメサ構造を有するとともに、フィールドプレート電極１８ｆが、ショットキー電極１６の外周縁１６ｄから立上り面Ｚを経て第２範囲Ｙ上に至る範囲に広く設けられている。このような構造によると、半導体基板１２とショットキー電極１６との間に逆バイアス電圧が印加された時に、空乏層がショットキー電極１６の外周縁１６ｄから立上り面Ｚを越えて第２範囲Ｙにまで広がりやすい。その結果、ショットキー電極１６の外周縁１６ｄの近傍における電界集中が大きく緩和され、半導体装置１０の耐圧性がより向上する。特に、本実施例の半導体装置１０のように、半導体基板１２が高比抵抗層３６を有し、ショットキー電極１６の外周縁１６ｄが高比抵抗層３６上に位置していると、上記した空乏層がより伸びやすくなり、半導体装置１０の耐圧性がより向上する。
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。図３は、本実施例の製造方法の流れを示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１２において、半導体基板１２が用意される。このステップでは、特に限定されないが、図４−図８に示す手順に沿って、図８に示すようなオーミック接触層３２、ドリフト層３４及び高比抵抗層３６を有する半導体基板１２が用意される。
先ず、図４に示すように、オーミック接触層３２のみを有する半導体基板１２が用意される。前述したように、半導体基板１２は、酸化ガリウムの基板であってよい。半導体基板１２には、必要に応じて洗浄やその他の処理が実施される。次に、図５に示すように、オーミック接触層３２上にドリフト層３４が形成される。ドリフト層３４は、オーミック接触層３２上の全域に亘って形成される。このドリフト層３４は、特に限定されないが、酸化ガリウムのエピタキシャル成長によって形成することができる。このエピタキシャル成長は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）又はＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）によって行うことができる。あるいは、ドリフト層３４のエピタキシャル成長は、ミストＣＶＤによって行われてもよい。
次に、図６に示すように、ドリフト層３４の一部をエッチングすることにより、高比抵抗層３６を形成する位置に溝３６ｃが形成される。次に、図７に示すように、溝３６ｃ内に高比抵抗層３６が形成される。この段階では、溝３６ｃ内だけでなく、半導体基板１２の上面１２ａの全域に亘って、高比抵抗層３６が形成されてもよい。高比抵抗層３６の形成は、酸化ガリウムのエピタキシャル成長によって形成することができる。また、このエピタキシャル成長は、特に限定されないが、ミストＣＶＤによって行われてもよい。ミストＣＶＤによると、原料（ここでは酸化ガリウム）がミストの状態で運ばれるので、隅角部を有する溝３６ｃ内にも、空洞のないエピタキシャル成長層を短時間で形成することできる。
高比抵抗層３６のエピタキシャル成長では、ドリフト層３４のエピタキシャル成長と比較して、例えば鉄（Ｆｅ）又はマグネシウム（Ｍｇ）を不純物として加えるとよい。これらの不純物を加えることで、高比抵抗層３６のキャリア濃度はドリフト層３４よりも低くなり、その比抵抗が上昇する。なお、不純物は、特定の物質に限定されるものではなく、ｎ型のドリフト層３４のキャリア濃度を低下させ得る物質であればよい。あるいは、添加するｎ型不純物の濃度を単に低下させてもよい。次に、図８に示すように、余分な高比抵抗層３６を除去して、半導体基板１２の上面１２ａを平坦化する。この平坦化は、特に限定されないが、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって行うことができる。半導体基板１２の平坦化された上面１２ａには、ドリフト層３２と高比抵抗層３４とが露出し、高比抵抗層３４がドリフト層３２を取り囲んでいる。以上により、オーミック接触層３２、ドリフト層３４及び高比抵抗層３６を有する半導体基板１２が用意される。
図３に戻り、ステップＳ１４では、半導体基板１２の上面１２ａにショットキー電極１６が形成される。図９に示すように、この段階では、ショットキー電極１６が、第１範囲Ｘ及び第２範囲Ｙを含む、上面１２ａの全域に亘って形成される。なお、他の実施形態では、ショットキー電極１６が、第１範囲Ｘのみに選択的に形成されてもよい。そして、ショットキー電極１６は、少なくとも第１範囲Ｘにおいて、半導体基板１２の上面１２ａとショットキー接触すればよい。前述したように、ショットキー電極１６の材料は、例えば白金であってよい。
図３のステップＳ１６では、半導体基板１２の上面１２ａの第２範囲Ｙがエッチングされる。それにより、図１０に示すように、半導体基板１２の上面１２ａは、第１範囲Ｘにおいて第２範囲Ｙよりも高くなり、第１範囲Ｘと第２範囲Ｙとの間に立上り面Ｚが形成される。このステップでは、第２範囲Ｙの半導体基板１２だけでなく、第２範囲Ｙ上のショットキー電極１６も併せて除去される。このように、ショットキー電極１６のパターニングと、半導体基板１２のメサ構造の形成とが同一工程で行われると、ショットキー電極１６と半導体基板１２のメサ構造との間の位置関係に生じ得る製造誤差（即ち、設計との誤差）を抑制することができる。
図３のステップＳ１８では、半導体基板１２の上面１２ａに絶縁膜２０が形成される。絶縁膜２０の形成は、特に限定されないが、図１１、図１２に示す手順によって行われる。先ず、図１１に示すように、半導体基板１２の上面１２ａの全域に亘って、絶縁膜２０が形成される。絶縁膜２０の形成は、例えばミストＣＶＤによって行うことができる。ミストＣＶＤによると、絶縁膜２０の材料（例えば酸化アルミニウム）がミストの状態で運ばれるので、立上り面Ｚにおいて隅角部を有する半導体基板１２の上面１２ａにも、空洞なく絶縁膜２０を形成することができる。次に、図１２に示すように、絶縁膜２０の中央部分２０ｇをエッチングにより除去して、絶縁膜２０を環状にパターニングする。これにより、絶縁膜２０には、ショットキー電極１６を露出する開口が形成される。
本実施例では、ショットキー電極１６が形成された後に、絶縁膜２０が形成される。言い換えると、絶縁膜２０が形成される前に、ショットキー電極１６が形成される。このような手順によると、半導体基板１２の上面１２ａが、絶縁膜２０の形成及びエッチングによる影響（例えばダメージや汚染）を受けることなく、半導体基板１２の上面１２ａにショットキー電極１６を形成することができる。これにより、半導体基板１２の上面１２ａとショットキー電極１６との間に、安定したショットキー接合面を得ることができる。
図３のステップＳ２０では、半導体基板１２の上面１２ａにコンタクト電極１８が形成される。コンタクト電極１８の形成は、特に限定されないが、図１３、図１４に示す手順によって行われる。先ず、図１３に示すように、半導体基板１２の上面１２ａの全域に亘って、コンタクト電極１８が形成される。前述したように、コンタクト電極１８の材料は、例えば金であってよい。あるいは、コンタクト電極１８は、複数の金属の積層構造を有してもよい。次に、図１４に示すように、コンタクト電極１８の一部１８ｅをエッチングにより除去する。これにより、コンタクト電極１８が所望の形状にパターニングされる。コンタクト電極１８の一部はフィールドプレート電極１８ｆであり、この工程は、フィールドプレート電極１８ｆを形成する工程でもある。
図３のステップＳ２２では、半導体基板１２の上面１２ａに保護膜２２が形成される。保護膜２２の形成は、特に限定されないが、図１５、図１６に示す手順によって行われる。先ず、図１５に示すように、半導体基板１２の上面１２ａの全域に亘って、保護膜２２が形成される。前述したように、保護膜２２の材料は、絶縁性材料であって、例えばポリイミドであってよい。次に、図１６に示すように、保護膜２２の中央部分２２ｇをエッチングにより除去する。これにより、保護膜２２が環状にパターニングされる。
図３のステップＳ２４では、半導体基板１２の下面１２ｂに下面電極２４が形成される。これにより、図１、図２に示す半導体装置１０の構造が完成する。通常は、一枚の半導体ウエハに複数の半導体装置１０が同時に製造され、半導体ウエハを複数の半導体装置１０に分割するダイシングが行われる。
本実施例で説明した半導体装置１０の構造及びその製造方法は、酸化ガリウムに限られず、他の種類の半導体材料を用いた半導体装置にも、好適に採用することができる。但し、酸化ガリウムは、ｐ型領域の形成が難しいとされており、酸化ガリウムの半導体基板１２を有する半導体装置１０では、ｐ型のガードリング領域を必要とするガードリング構造を採用することが難しい。この点に関して、本実施例の構造及びその製造方法によると、ｐ型領域の形成を必要とすることなく、半導体装置１０の耐圧性を向上させることができる。従って、本実施例の構造及びその製造方法は、特に、ｐ型領域の形成が難しい半導体材料を用いた半導体装置に対して、好適に採用することができる。このような半導体材料としては、酸化物半導体であって、真空準位を基準として、伝導帯の最低部（Conduction Band Minimum: CBM）が−４．０ｅＶよりも低く、かつ、価電子帯の最上部（Valence Band Maximum: VBM）が−６．０ｅＶよりも低いものが挙げられる。
（実施例２） 図面を参照して、半導体装置１０の製造方法の他の実施例について説明する。図１７は、本実施例の製造方法の流れを示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１１２において、半導体基板１２が用意される。このステップでは、実施例１のステップＳ１２とは異なり、図１８に示すように、オーミック接触層３２とドリフト層３４を有し、高比抵抗層３６を有さない半導体基板１２が用意される。このような半導体基板１２は、例えば、実施例１の図４、図５に示す手順によって用意することができる。実施例２のステップＳ１１２は、実施例１のステップＳ１２に対応するが、半導体基板１２が高比抵抗層３６を有さない点で、実施例１のステップＳ１２と相違する。
図１７のステップＳ１１４では、半導体基板１２の上面１２ａにショットキー電極１６が形成される。図１９に示すように、この段階では、ショットキー電極１６が、第１範囲Ｘ及び第２範囲Ｙを含む、上面１２ａの全域に亘って形成される。但し、他の実施形態では、ショットキー電極１６が、第１範囲Ｘのみに選択的に形成されてもよい。そして、ショットキー電極１６は、少なくとも第１範囲Ｘにおいて、半導体基板１２の上面１２ａとショットキー接触すればよい。前述したように、ショットキー電極１６の材料は、例えば白金であってよい。実施例２のステップＳ１１４は、実施例１のステップＳ１４に対応しており、実施例１のステップＳ１４と同様に実施することができる。
図１７のステップＳ１１６では、半導体基板１２の上面１２ａの第２範囲Ｙがエッチングされる。それにより、図２０に示すように、半導体基板１２の上面１２ａは、第１範囲Ｘにおいて第２範囲Ｙよりも高くなり、第１範囲Ｘと第２範囲Ｙとの間に立上り面Ｚが形成される。このステップでは、第２範囲Ｙの半導体基板１２だけでなく、第２範囲Ｙ上のショットキー電極１６も併せて除去される。これにより、実施例１で説明したように、ショットキー電極１６と半導体基板１２のメサ構造との間の位置関係に生じ得る製造誤差（即ち、設計との誤差）を抑制することができる。ここで、ショットキー電極１６の外周縁１６ｄが立上り面Ｚから離れるように、第１範囲Ｘ上に位置するショットキー電極１６の一部がさらに除去されてもよい。実施例２のステップＳ１１６は、実施例１のステップＳ１６に対応しており、実施例１のステップＳ１６と同様に実施することができる。
図１７のステップＳ１１７では、半導体基板１２の上面１２ａに不純物をイオン注入する。このイオン注入では、図２１に示すように、ショットキー電極１６がマスクとして用いられ、ショットキー電極１６から露出する立上り面Ｚや第２範囲Ｙに不純物が注入される。図２１の複数の矢印ＩＯＮは、不純物のイオン注入を模式的に示す。注入される不純物は、ｎ型の半導体基板１２（ここではドリフト層３４）のキャリア濃度を減少させる不純物であり、特に限定されないが、例えば鉄（Ｆｅ）又はマグネシウム（Ｍｇ）である。また、不純物は、ショットキー電極１６の下方へ注入されるように、第１範囲Ｘの法線方向（図２１中の上下方向）と角度を成す方向から注入される。これにより、半導体基板１２に、ドリフト層３４よりもキャリア濃度の低い高比抵抗層３６が形成される。ショットキー電極１６をマスクとして利用することから、ショットキー電極１６と高比抵抗層３６との間の位置関係に生じ得る製造誤差（即ち、設計との誤差）を抑制することができる。図１７に示す例では、オーミック接触層３２と高比抵抗層３６との間にドリフト層３４が介在するが、他の実施形態では、高比抵抗層３６がオーミック接触層３２まで達してもよい。実施例２のステップＳ１１７は、実施例１の製造方法には見られない工程である。
図１７のステップＳ１１８では、半導体基板１２の上面１２ａに絶縁膜２０が形成される。絶縁膜２０の形成は、特に限定されないが、図２２、図２３に示す手順によって行われる。先ず、図２２に示すように、半導体基板１２の上面１２ａの全域に亘って、絶縁膜２０が形成される。絶縁膜２０の形成は、実施例１と同様に、例えばミストＣＶＤによって行うことができる。次に、図２３に示すように、絶縁膜２０の中央部分２０ｇをエッチングにより除去して、絶縁膜２０を環状にパターニングする。これにより、絶縁膜２０には、ショットキー電極１６を露出する開口が形成される。実施例２のステップＳ１１８は、実施例１のステップＳ１８に対応しており、実施例１のステップＳ１４と同様に実施することができる。
図１７のステップＳ１２０では、半導体基板１２の上面１２ａにコンタクト電極１８が形成される。コンタクト電極１８の形成は、実施例１のステップＳ２０と同様に、図１３、図１４に示す手順によって行うことができる。図１７のステップＳ１２２では、半導体基板１２の上面１２ａに保護膜２２が形成される。保護膜２２の形成は、実施例１のステップＳ２２と同様に、図１５、図１６に示す手順によって行うことができる。そして、図１７のステップＳ１２４では、実施例１のステップＳ２４と同様に、半導体基板１２の下面１２ｂに下面電極２４が形成される。これにより、図１、図２に示す半導体装置１０の構造（オーミック接触層３２と高比抵抗層３６とが直接的に接触する点を除く）が完成する。
以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書又は図面に記載された技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示された技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１０：半導体装置
１２：半導体基板
１２ａ：半導体基板の上面
１２ｂ：半導体基板の下面
１４：上面電極
１６：ショットキー電極
１８：コンタクト電極
１８ｆ：フィールドプレート電極
２０：絶縁膜
２２：保護膜
２４：下面電極
３２：オーミック接触層
３４：ドリフト層
３６：高比抵抗層
３６ｃ：溝
Ｘ：第１範囲
Ｙ：第２範囲
Ｚ：立上り面

Claims (6)

  1. 半導体装置の製造方法であって、
    その上面に第１範囲と前記第１範囲を取り囲む第２範囲とを有するｎ型の半導体基板であって、前記上面にそれぞれ露出するｎ型のドリフト層と前記ドリフト層よりもキャリア濃度が低いｎ型の高比抵抗層とを有し、前記上面において前記高比抵抗層が前記ドリフト層を取り囲んでいるとともに、前記第１範囲と前記第２範囲との境界が前記高比抵抗層上に位置する半導体基板を用意する工程と、
    前記半導体基板の前記上面の少なくとも前記第１範囲上に、前記半導体基板の前記上面にショットキー接触するショットキー電極を形成する工程と、
    前記半導体基板の前記上面が前記第１範囲において前記第２範囲よりも高く、前記第１範囲と前記第２範囲との間に立上り面が形成され、前記ショットキー電極の外周縁が前記第１範囲上に位置するように、前記半導体基板の前記上面の前記第２範囲をエッチングする工程と、
    前記半導体基板の前記上面において前記立上り面に沿って環状に延び、その内周縁が前記ショットキー電極上に位置するとともにその外周縁が前記第２範囲上に位置する絶縁膜を形成する工程と、
    前記ショットキー電極と電気的に接続され、前記ショットキー電極の前記外周縁から前記立上り面を経て前記第２範囲に至る範囲において、前記絶縁膜を介して前記半導体基板の前記上面に対向するフィールドプレート電極を形成する工程と、
    を備え、
    前記用意する工程は、前記ドリフト層をエピタキシャル成長によって形成する工程、前記ドリフト層の一部をエッチングして前記高比抵抗層を形成する位置に溝を形成する工程、及び、前記溝内に、前記高比抵抗層をエピタキシャル成長によって形成する工程を備える、
    製造方法。
  2. 前記半導体基板は、酸化物半導体の基板であって、
    前記酸化物半導体は、真空準位を基準として、伝導帯の最低部が−４．０ｅＶよりも低く、かつ、価電子帯の最上部が−６．０ｅＶよりも低い、請求項１に記載の製造方法。
  3. 前記半導体基板は、酸化ガリウムの基板である、請求項１又は２に記載の製造方法。
  4. 前記絶縁膜の形成は、ミストＣＶＤによって行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法。
  5. 前記ショットキー電極を形成する工程では、前記ショットキー電極が前記第２範囲上にも形成され、
    前記第２範囲をエッチングする工程では、前記ショットキー電極のうちの前記第２範囲上に形成された部分も除去される、請求項１から４のいずれか一項に記載の製造方法。
  6. 前記高比抵抗層の前記エピタキシャル成長は、ミストＣＶＤによって行われる、請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法。
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