JP6642465B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP6642465B2
JP6642465B2 JP2017008114A JP2017008114A JP6642465B2 JP 6642465 B2 JP6642465 B2 JP 6642465B2 JP 2017008114 A JP2017008114 A JP 2017008114A JP 2017008114 A JP2017008114 A JP 2017008114A JP 6642465 B2 JP6642465 B2 JP 6642465B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor device
mask
semiconductor
ion implantation
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.)
Active
Application number
JP2017008114A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018117081A (en
Inventor
正芳 小嵜
正芳 小嵜
隆樹 丹羽
隆樹 丹羽
隆弘 藤井
隆弘 藤井
一也 長谷川
一也 長谷川
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.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei 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 Toyoda Gosei Co Ltd filed Critical Toyoda Gosei Co Ltd
Priority to JP2017008114A priority Critical patent/JP6642465B2/en
Publication of JP2018117081A publication Critical patent/JP2018117081A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6642465B2 publication Critical patent/JP6642465B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Weting (AREA)

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

窒化ガリウム(GaN)をはじめとするIII族窒化物を用いた半導体装置(半導体デバイス、半導体素子)を製造する際、III族窒化物系のp型半導体をイオン注入によって形成する技術が、特許文献1に開示されている。特許文献1の技術では、窒化ガリウム系のn型半導体層の上にスルー絶縁膜を形成した後、例えば、絶縁膜やレジストからなるイオン注入用マスクを形成して、イオン注入によって半導体層にp型不純物を注入している。   When manufacturing a semiconductor device (semiconductor device, semiconductor element) using a group III nitride such as gallium nitride (GaN), a technique for forming a group III nitride-based p-type semiconductor by ion implantation is disclosed in Patent Document 1. In the technique disclosed in Patent Document 1, after a through insulating film is formed on a gallium nitride-based n-type semiconductor layer, for example, an ion implantation mask made of an insulating film or a resist is formed, and p-type is implanted into the semiconductor layer by ion implantation. Type impurities are implanted.

特開2016−181580号公報JP-A-2006-181580

ところで、イオン注入用マスクは、酸化シリコン(SiO)からなる絶縁膜を用いた場合、以下の工程により形成することができる。 Incidentally, the ion implantation mask can be formed by the following steps when an insulating film made of silicon oxide (SiO 2 ) is used.

工程1:半導体層の上に酸化シリコン(SiO)からなる絶縁膜を形成する。
工程2:絶縁膜の上に、レジストパターンを形成する。
工程3:ドライエッチング又はウェットエッチングにより、絶縁膜を開口させる。
Step 1: An insulating film made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the semiconductor layer.
Step 2: A resist pattern is formed on the insulating film.
Step 3: The insulating film is opened by dry etching or wet etching.

しかし、酸化シリコン(SiO)からなる絶縁膜を用いてイオン注入用マスクを形成する場合には、工程1においてIII族窒化物系の半導体層の表面がシリコン(Si)で汚染されるおそれがあった。このような場合には、p型不純物のイオン注入の際に、半導体層にp型不純物とともに酸化シリコン(SiO)中のシリコン(Si)が打ち込まれてしまい、半導体装置の導電性の制御が困難になるおそれがあった。また、工程3において、ドライエッチングにより酸化シリコン(SiO)からなる絶縁膜を開口させる場合には、半導体層の表面にドライエッチングによるダメージが生じるおそれがあった。また、工程3において、フッ酸(HF)等を用いたウェットエッチングにより酸化シリコン(SiO)からなる絶縁膜を開口させる場合には、ウェットエッチングの等方性によって、絶縁膜の開口を所望のサイズに制御することが困難になるおそれがあった。そのため、酸化シリコン(SiO)からなる絶縁膜をイオン注入用マスクとして用いると、半導体層に所望のサイズのp型半導体領域を形成することが困難な場合があった。 However, when an ion implantation mask is formed using an insulating film made of silicon oxide (SiO 2 ), the surface of the group III nitride semiconductor layer may be contaminated with silicon (Si) in step 1. there were. In such a case, at the time of ion implantation of the p-type impurity, silicon (Si) in silicon oxide (SiO 2 ) is implanted into the semiconductor layer together with the p-type impurity, and the conductivity of the semiconductor device is controlled. It could be difficult. Further, in the case where the insulating film made of silicon oxide (SiO 2 ) is opened by dry etching in step 3, there is a possibility that the surface of the semiconductor layer may be damaged by the dry etching. In step 3, when an insulating film made of silicon oxide (SiO 2 ) is opened by wet etching using hydrofluoric acid (HF) or the like, a desired opening of the insulating film is formed by isotropy of wet etching. Controlling the size may be difficult. Therefore, when an insulating film made of silicon oxide (SiO 2 ) is used as a mask for ion implantation, it may be difficult to form a p-type semiconductor region of a desired size in a semiconductor layer.

また、レジストをイオン注入用マスクとして用いる場合には、例えば、500℃のような比較的高温下でイオン注入が行われると、レジストが変形するおそれがあった。そのため、レジストをイオン注入用マスクとして用いると、半導体層に所望のサイズのp型半導体領域を形成することが困難な場合があった。   When a resist is used as a mask for ion implantation, if the ion implantation is performed at a relatively high temperature such as 500 ° C., the resist may be deformed. Therefore, if a resist is used as a mask for ion implantation, it may be difficult to form a p-type semiconductor region of a desired size in the semiconductor layer.

そのため、イオン注入用マスクを用いてIII族窒化物系の半導体層にp型不純物をイオン注入する技術において、半導体層に汚染やダメージが与えられることを抑制しつつ、イオン注入用マスクの開口のサイズを制御可能な技術が求められていた。そのほか、半導体装置の製造方法においては、低コスト化、微細化、製造の容易化などが望まれていた。   Therefore, in the technique of ion-implanting a p-type impurity into a group III nitride-based semiconductor layer using an ion implantation mask, the opening of the ion implantation mask is suppressed while suppressing contamination and damage to the semiconductor layer. There was a need for a technology capable of controlling the size. In addition, in a method of manufacturing a semiconductor device, cost reduction, miniaturization, simplification of manufacturing, and the like have been desired.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following embodiments.

(1)本発明の一形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。この製造方法は;III族窒化物から主に成り第1の方向に沿って広がる半導体層の上に、イオン注入用マスクを形成するイオン注入用マスク形成工程と;前記イオン注入用マスクが形成された半導体層に、イオン注入によってp型不純物を注入するイオン注入工程と、を備え;前記イオン注入用マスク形成工程は;(a)前記半導体層の上に、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlON)の少なくとも一つから主になる第1層と、耐アルカリ性を有する金属から主になる第2層と、を順に積層する工程と;(b)前記第2層の上にレジストパターンを形成する工程と;(c)前記レジストパターンの上から前記第2層をドライエッチングして、第2マスク層を形成する工程と;(d)アルカリ性溶液によって、前記第1の方向において、前記第1層の端部の位置が、前記第2マスク層の端部の位置と同じ又は前記第2マスク層の端部の位置よりも内側になるように前記第1層をウェットエッチングして、第1マスク層を形成する工程と、を備える。この形態によれば、第1層は酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlON)の少なくとも一つから主になるため、III族窒化物からなる半導体層の表面がシリコン(Si)によって汚染されることを抑制することができる。また、ドライエッチング時には、第1層が半導体層の保護層として機能するため、半導体層にダメージが導入されることを抑制することができる。また、第2マスク層はドライエッチングによって形成されるため、第2マスク層の開口を所望のサイズに制御することができる。また、第2マスク層は耐アルカリ性を有するため、第2マスク層の形状がウェットエッチングによって変化することを抑制することができる。そのため、イオン注入用マスクを用いたイオン注入によって、半導体層に所望のサイズのp型半導体領域を形成することができ、微細化された半導体装置を製造することができる。 (1) According to one aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device is provided. The manufacturing method includes: an ion implantation mask forming step of forming an ion implantation mask on a semiconductor layer mainly made of a group III nitride and extending along the first direction; and the ion implantation mask is formed. An ion implantation step of implanting a p-type impurity into the semiconductor layer by ion implantation. The step of forming an ion implantation mask comprises: (a) aluminum oxide (Al 2 O 3 ) on the semiconductor layer; A step of sequentially laminating a first layer mainly composed of at least one of aluminum nitride (AlN) and aluminum oxynitride (AlON) and a second layer mainly composed of a metal having alkali resistance; (C) forming a second mask layer by dry-etching the second layer from above the resist pattern; and (d) forming a second mask layer. The position of the end of the first layer in the first direction is the same as the position of the end of the second mask layer or the inside of the position of the end of the second mask layer in the first direction. Forming a first mask layer by wet etching the first layer. According to this embodiment, the first layer is mainly made of at least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and aluminum oxynitride (AlON). The surface can be suppressed from being contaminated by silicon (Si). Further, at the time of dry etching, the first layer functions as a protective layer of the semiconductor layer, so that damage to the semiconductor layer can be suppressed. Further, since the second mask layer is formed by dry etching, the opening of the second mask layer can be controlled to a desired size. Further, since the second mask layer has alkali resistance, it is possible to suppress the shape of the second mask layer from being changed by wet etching. Therefore, a p-type semiconductor region having a desired size can be formed in a semiconductor layer by ion implantation using an ion implantation mask, so that a miniaturized semiconductor device can be manufactured.

(2)上記形態の製造方法において、前記耐アルカリ性を有する金属は、60℃、22質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)に浸漬した場合のエッチングレートが、5nm/min未満の性質を有してもよい。この形態によれば、第2マスク層の形状が、ウェットエッチングによって変化することを抑制することができる。 (2) In the manufacturing method according to the above aspect, the metal having alkali resistance has a property that an etching rate when immersed in tetramethylammonium hydroxide (TMAH) at 60 ° C. and 22% by mass is less than 5 nm / min. May be. According to this embodiment, the shape of the second mask layer can be suppressed from being changed by wet etching.

(3)上記形態の製造方法において、前記耐アルカリ性を有する金属は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)の少なくとも一つであってもよい。この形態によれば、第2マスク層の形状が、ウェットエッチングによって変化することを抑制することができる。 (3) In the manufacturing method of the above aspect, the metal having alkali resistance is at least one of titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), chromium (Cr), and manganese (Mn). It may be one. According to this embodiment, the shape of the second mask layer can be suppressed from being changed by wet etching.

(4)上記形態の製造方法において、前記工程(d)では、前記第1の方向において、前記第1層の端部の位置と、前記第2マスク層の端部の位置と、の差が、前記第2マスク層の膜厚の半分以下になるように前記第1層をウェットエッチングして前記第1マスク層を形成してもよい。この形態によれば、第2マスク層が第1マスク層から剥離することを抑制することができる。また、イオン注入の方向が第1マスク層と第2マスク層とが積層される方向に対して傾斜する場合に、第2マスク層の開口の内側に位置する半導体層にイオンが注入されることを抑制することができる。 (4) In the manufacturing method of the above aspect, in the step (d), a difference between an end position of the first layer and an end position of the second mask layer in the first direction is different. The first mask layer may be formed by wet-etching the first layer so as to have a thickness equal to or less than half the thickness of the second mask layer. According to this embodiment, it is possible to prevent the second mask layer from peeling off from the first mask layer. When the direction of ion implantation is inclined with respect to the direction in which the first mask layer and the second mask layer are stacked, ions are implanted into the semiconductor layer located inside the opening of the second mask layer. Can be suppressed.

(5)上記形態の製造方法において、前記工程(a)では、前記半導体層の上に、前記第1層を50nm以上500nm以下の厚さで形成してもよい。この形態によれば、第1層の厚さが50nm以上であるため、ドライエッチングによって半導体層にダメージが導入されることをより抑制することができる。また、第1層の厚さが500nm以下であるため、第1層の形成及び第1層のウェットエッチングに要する時間が増加することを抑制することができる。また、第1層の厚さが500nm以下であるため、ウェットエッチングによって第1マスク層の端部の位置と、第2マスク層の端部の位置との差が大きくなることを抑制することができる。そのため、第2マスク層が第1マスク層から剥離することを抑制できるとともに、イオン注入の方向が第1の方向に対して傾斜する場合に、第2マスク層の開口の内側に位置する半導体層にイオンが注入されることを抑制することができる。 (5) In the manufacturing method according to the above aspect, in the step (a), the first layer may be formed on the semiconductor layer to a thickness of 50 nm or more and 500 nm or less. According to this embodiment, since the thickness of the first layer is 50 nm or more, it is possible to further suppress damage to the semiconductor layer due to dry etching. In addition, since the thickness of the first layer is 500 nm or less, it is possible to suppress an increase in time required for formation of the first layer and wet etching of the first layer. In addition, since the thickness of the first layer is 500 nm or less, it is possible to suppress an increase in the difference between the position of the end of the first mask layer and the position of the end of the second mask layer due to wet etching. it can. Therefore, the second mask layer can be prevented from being separated from the first mask layer, and the semiconductor layer positioned inside the opening of the second mask layer when the direction of ion implantation is inclined with respect to the first direction. Can be suppressed from being implanted into the substrate.

(6)上記形態の製造方法において、前記第1層は、酸化アルミニウム(Al)により形成されており;前記イオン注入工程の後に、フッ酸(HF)によって前記第1マスク層と前記第2マスク層とを除去する工程を備えてもよい。この形態によれば、第1マスク層と第2マスク層とをフッ酸によって一度に除去することができるので、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。 (6) In the manufacturing method according to the above aspect, the first layer is formed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ); after the ion implantation step, the first mask layer and the first mask layer are etched with hydrofluoric acid (HF). A step of removing the second mask layer may be provided. According to this embodiment, the first mask layer and the second mask layer can be removed at once by hydrofluoric acid, so that the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.

本発明は、上述した半導体装置の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、イオン注入用マスクの製造方法、p型半導体領域の製造方法、イオン注入用マスク、p型半導体領域、半導体装置として実現することができる。   The present invention can be realized in various forms other than the above-described method for manufacturing a semiconductor device. For example, the present invention can be realized as a method for manufacturing an ion implantation mask, a method for manufacturing a p-type semiconductor region, a mask for ion implantation, a p-type semiconductor region, and a semiconductor device.

本発明によれば、第1層は酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlON)の少なくとも一つから主になるため、III族窒化物からなる半導体層の表面がシリコン(Si)によって汚染されることを抑制することができる。また、ドライエッチング時には、第1層が半導体層の保護層として機能するため、半導体層にダメージが導入されることを抑制することができる。また、第2マスク層はドライエッチングによって形成されるため、第2マスク層の開口を所望のサイズに制御することができる。また、第2マスク層は耐アルカリ性を有するため、第2マスク層の形状がウェットエッチングによって変化することを抑制することができる。そのため、イオン注入用マスクを用いたイオン注入によって、半導体層に所望のサイズのp型半導体領域を形成することができ、微細化された半導体装置を製造することができる。 According to the present invention, the first layer is mainly made of at least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and aluminum oxynitride (AlON). The surface can be suppressed from being contaminated by silicon (Si). Further, at the time of dry etching, the first layer functions as a protective layer of the semiconductor layer, so that damage to the semiconductor layer can be suppressed. Further, since the second mask layer is formed by dry etching, the opening of the second mask layer can be controlled to a desired size. Further, since the second mask layer has alkali resistance, it is possible to suppress the shape of the second mask layer from being changed by wet etching. Therefore, a p-type semiconductor region having a desired size can be formed in a semiconductor layer by ion implantation using an ion implantation mask, so that a miniaturized semiconductor device can be manufactured.

本発明の製造方法により製造された半導体装置の構成を模式的に示す図。FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention. 半導体装置の製造方法について示す工程図。4 is a process chart showing a method for manufacturing a semiconductor device. イオン注入用マスク形成工程について示す工程図。FIG. 4 is a process chart showing a step of forming a mask for ion implantation. 第1層が形成された、製造過程における半導体装置を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a semiconductor device in a manufacturing process in which a first layer is formed. 第2層が形成された、製造過程における半導体装置を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor device in a manufacturing process in which a second layer is formed. レジストパターンが形成された、製造過程における半導体装置を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a semiconductor device in a manufacturing process in which a resist pattern is formed. 第2マスク層が形成された、製造過程における半導体装置を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a semiconductor device in a manufacturing process in which a second mask layer is formed. レジストパターンが除去された、製造過程における半導体装置を示す図。FIG. 4 is a view showing the semiconductor device in a manufacturing process from which a resist pattern has been removed. 第1マスク層が形成された、製造過程における半導体装置を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the semiconductor device in a manufacturing process in which a first mask layer is formed. イオン注入工程の様子を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a state of an ion implantation step. イオン注入用マスクが除去された製造過程における半導体装置を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the semiconductor device in a manufacturing process in which an ion implantation mask has been removed. p型半導体領域が形成された、製造過程における半導体装置を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor device in a manufacturing process in which a p-type semiconductor region is formed. イオン注入用マスクの断面SEM像を示す図。The figure which shows the cross-section SEM image of the mask for ion implantation.

A.実施形態:
A1.半導体装置の構成:
図1は、本発明の製造方法により製造された半導体装置100の構成を模式的に示す図である。図1には、本実施形態における半導体装置100の断面の一部を簡略化して示している。なお、図1は、半導体装置100の技術的特徴をわかりやすく示すための図であり、各部の寸法を正確に示すものではない。
A. Embodiment:
A1. Configuration of semiconductor device:
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 100 manufactured by the manufacturing method of the present invention. FIG. 1 schematically shows a part of a cross section of a semiconductor device 100 according to the present embodiment. FIG. 1 is a diagram for clearly showing the technical features of the semiconductor device 100, and does not accurately show the dimensions of each part.

図1には、説明を容易にするために、相互に直交するXYZ軸が図示されている。図1のXYZ軸は、他の図のXYZ軸に対応する。なお、以降の説明では、+Z軸方向側を「上」又は「上側」とも呼ぶ。   FIG. 1 shows mutually orthogonal XYZ axes for ease of explanation. The XYZ axes in FIG. 1 correspond to the XYZ axes in other figures. In the following description, the + Z-axis direction side is also referred to as “up” or “upper”.

半導体装置100は、III族窒化物から主になる半導体を用いて形成されている。本実施形態では、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。   The semiconductor device 100 is formed using a semiconductor mainly made of a group III nitride. In the present embodiment, the semiconductor device 100 is a GaN-based semiconductor device formed using gallium nitride (GaN). In the present embodiment, the semiconductor device 100 is a vertical trench MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). In the present embodiment, the semiconductor device 100 is used for power control, and is also called a power device.

半導体装置100は、基板110と、半導体層111と、半導体層113と、半導体層114と、を備える。半導体装置100は、また、p型不純物のイオン注入によって形成されたp型半導体領域112を備える。半導体装置100は、これらの半導体層及び半導体領域に形成された構造として、トレンチ122と、リセス124と、段差部126と、終端部129とを有する。半導体装置100は、更に、絶縁膜130と、ゲート電極142と、ソース電極144とドレイン電極148とを備える。本実施形態では、半導体装置100は、更に、絶縁膜150と、配線電極160とを備える。図1には、これらの構造の他に、ソース電極144とドレイン電極148と、の間に流れる電流を制御するための制御領域Cが示されている。   The semiconductor device 100 includes a substrate 110, a semiconductor layer 111, a semiconductor layer 113, and a semiconductor layer 114. The semiconductor device 100 further includes a p-type semiconductor region 112 formed by ion implantation of a p-type impurity. The semiconductor device 100 has a trench 122, a recess 124, a step 126, and a termination 129 as a structure formed in these semiconductor layers and semiconductor regions. The semiconductor device 100 further includes an insulating film 130, a gate electrode 142, a source electrode 144, and a drain electrode 148. In the present embodiment, the semiconductor device 100 further includes an insulating film 150 and a wiring electrode 160. FIG. 1 shows a control region C for controlling a current flowing between the source electrode 144 and the drain electrode 148 in addition to these structures.

基板110は、第1の方向(X軸方向およびY軸方向)に沿って広がる板状を成す半導体である。本実施形態では、基板110は、窒化ガリウム(GaN)から主になる。なお、「窒化ガリウム(GaN)から主になる」とは、モル分率において窒化ガリウム(GaN)を90%以上含有することを意味する。本実施形態では、基板110は、シリコン(Si)をドナー元素として含有するn型半導体である。本実施形態では、基板110に含まれるシリコン(Si)濃度の平均値は、約1×1018cm−3である。 The substrate 110 is a plate-shaped semiconductor that extends in the first direction (the X-axis direction and the Y-axis direction). In the present embodiment, the substrate 110 is mainly made of gallium nitride (GaN). Note that “mainly composed of gallium nitride (GaN)” means that gallium nitride (GaN) is contained in a molar fraction of 90% or more. In the present embodiment, the substrate 110 is an n-type semiconductor containing silicon (Si) as a donor element. In the present embodiment, the average value of the concentration of silicon (Si) contained in the substrate 110 is about 1 × 10 18 cm −3 .

半導体層111は、基板110の上(+Z軸方向側)に位置し、X軸およびY軸に沿って広がる半導体層である。本実施形態では、半導体層111は、窒化ガリウム(GaN)から主になる。本実施形態では、半導体層111は、n型の特性を有するn型半導体である。本実施形態では、半導体層111は、シリコン(Si)をドナー元素として含有する。本実施形態では、半導体層111に含まれるシリコン(Si)濃度の平均値は、約8×1015cm−3である。本実施形態では、半導体層111の厚さ(Z軸方向の長さ)は、5〜30μm(マイクロメートル)の間の厚さであり、例えば、10μm(マイクロメートル)である。半導体層111は、例えば、基板110の上に、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によって形成される。半導体層111を形成する原料ガスのV/III比は、例えば、900以上3000以下である。V/III比は、III族原料に対するV族原料のモル比である。 The semiconductor layer 111 is a semiconductor layer located on the substrate 110 (on the + Z axis direction side) and extending along the X axis and the Y axis. In the present embodiment, the semiconductor layer 111 is mainly made of gallium nitride (GaN). In the present embodiment, the semiconductor layer 111 is an n-type semiconductor having n-type characteristics. In the present embodiment, the semiconductor layer 111 contains silicon (Si) as a donor element. In the present embodiment, the average value of the concentration of silicon (Si) included in the semiconductor layer 111 is about 8 × 10 15 cm −3 . In the present embodiment, the thickness (length in the Z-axis direction) of the semiconductor layer 111 is a thickness between 5 and 30 μm (micrometer), for example, 10 μm (micrometer). The semiconductor layer 111 is formed, for example, on the substrate 110 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). The V / III ratio of the source gas forming the semiconductor layer 111 is, for example, 900 or more and 3000 or less. The V / III ratio is the molar ratio of the group V raw material to the group III raw material.

p型半導体領域112は、半導体層111の一部に対するp型不純物のイオン注入によって形成された領域である。p型半導体領域112における半導体は、p型の特性を有する。本実施形態では、p型半導体領域112は、半導体層111及び半導体層113に隣接する。p型半導体領域112は、ソース電極144とドレイン電極148と、の間に流れる電流を制御するための制御領域Cから離れて位置している。また、本実施形態では、図1に示す複数のp型半導体領域112のうち、図1の−X軸方向側におけるp型半導体領域112は、後述の段差部126に位置している。本実施形態では、p型半導体領域112は、半導体層111と同様に、窒化ガリウム(GaN)から主になる。本実施形態では、p型半導体領域112は、マグネシウム(Mg)をアクセプタ元素(p型不純物)として含有する。p型半導体領域112に含まれるマグネシウム(Mg)の平均濃度は、例えば、約1×1020cm−3である。p型半導体領域112のZ軸方向の厚さは、約0.6μm(マイクロメートル)である。p型半導体領域112を形成する方法については、後述する。 The p-type semiconductor region 112 is a region formed by ion-implanting a part of the semiconductor layer 111 with a p-type impurity. The semiconductor in the p-type semiconductor region 112 has p-type characteristics. In the present embodiment, the p-type semiconductor region 112 is adjacent to the semiconductor layers 111 and 113. The p-type semiconductor region 112 is located apart from a control region C for controlling a current flowing between the source electrode 144 and the drain electrode 148. In the present embodiment, among the plurality of p-type semiconductor regions 112 shown in FIG. 1, the p-type semiconductor region 112 on the −X-axis direction side in FIG. 1 is located in a step 126 described later. In the present embodiment, the p-type semiconductor region 112 is mainly made of gallium nitride (GaN), like the semiconductor layer 111. In the present embodiment, the p-type semiconductor region 112 contains magnesium (Mg) as an acceptor element (p-type impurity). The average concentration of magnesium (Mg) contained in the p-type semiconductor region 112 is, for example, about 1 × 10 20 cm −3 . The thickness of the p-type semiconductor region 112 in the Z-axis direction is about 0.6 μm (micrometer). A method for forming the p-type semiconductor region 112 will be described later.

半導体層113は、半導体層111及びp型半導体領域112の上に位置し、X軸およびY軸に沿って広がる半導体層である。本実施形態では、半導体層113は、窒化ガリウム(GaN)から主になる。本実施形態では、半導体層113は、p型の特性を有するp型半導体である。本実施形態では、半導体層113は、マグネシウム(Mg)をアクセプタ元素として含有する。本実施形態では、半導体層113に含まれるマグネシウム(Mg)濃度の平均値は、約2×1018cm−3である。本実施形態では、半導体層113の厚さ(Z軸方向の長さ)は、0.5〜1.0μm(マイクロメートル)の間の厚さであり、例えば、0.7μm(マイクロメートル)である。半導体層113は、例えば、p型半導体領域112が形成された半導体層111の上に、MOCVD法によって形成される。半導体層113を形成する原料ガスのV/III比は、例えば、900以上3000以下である。 The semiconductor layer 113 is a semiconductor layer located on the semiconductor layer 111 and the p-type semiconductor region 112 and extending along the X axis and the Y axis. In the present embodiment, the semiconductor layer 113 is mainly made of gallium nitride (GaN). In the present embodiment, the semiconductor layer 113 is a p-type semiconductor having p-type characteristics. In the present embodiment, the semiconductor layer 113 contains magnesium (Mg) as an acceptor element. In the present embodiment, the average value of the concentration of magnesium (Mg) contained in the semiconductor layer 113 is about 2 × 10 18 cm −3 . In the present embodiment, the thickness (length in the Z-axis direction) of the semiconductor layer 113 is a thickness between 0.5 and 1.0 μm (micrometer), for example, 0.7 μm (micrometer). is there. The semiconductor layer 113 is formed by, for example, the MOCVD method on the semiconductor layer 111 on which the p-type semiconductor region 112 is formed. The V / III ratio of the source gas forming the semiconductor layer 113 is, for example, 900 or more and 3000 or less.

半導体層114は、半導体層113の上に位置し、X軸及びY軸に沿って広がる半導体層である。本実施形態では、半導体層114は、窒化ガリウム(GaN)から主になる。本実施形態では、半導体層114は、n型の特性を有するn型半導体である。本実施形態では、半導体層114は、シリコン(Si)をドナー元素として含有する。本実施形態では、半導体層114に含まれるシリコン(Si)濃度の平均値は、約6×1018cm−3である。本実施形態では、半導体層114の厚さ(Z軸方向の長さ)は、0.1〜0.5μm(マイクロメートル)の間の厚さであり、例えば、0.2μm(マイクロメートル)である。半導体層114は、例えば、半導体層113の上に、MOCVD法によって形成される。半導体層114を形成する原料ガスのV/III比は、例えば、900以上3000以下である。 The semiconductor layer 114 is a semiconductor layer located on the semiconductor layer 113 and extending along the X axis and the Y axis. In the present embodiment, the semiconductor layer 114 is mainly made of gallium nitride (GaN). In the present embodiment, the semiconductor layer 114 is an n-type semiconductor having n-type characteristics. In the present embodiment, the semiconductor layer 114 contains silicon (Si) as a donor element. In the present embodiment, the average value of the concentration of silicon (Si) included in the semiconductor layer 114 is about 6 × 10 18 cm −3 . In the present embodiment, the thickness (length in the Z-axis direction) of the semiconductor layer 114 is a thickness between 0.1 and 0.5 μm (micrometer), for example, 0.2 μm (micrometer). is there. The semiconductor layer 114 is formed, for example, on the semiconductor layer 113 by the MOCVD method. The V / III ratio of the source gas forming the semiconductor layer 114 is, for example, 900 or more and 3000 or less.

トレンチ122は、半導体層114から半導体層113を貫通し半導体層111にまで落ち込んだ溝部である。トレンチ122の下面は、半導体層111内に位置する。本実施形態では、トレンチ122は、半導体層114、113、111に対するドライエッチングによって形成された構造である。   The trench 122 is a groove penetrating from the semiconductor layer 114 to the semiconductor layer 111 through the semiconductor layer 113. The lower surface of trench 122 is located in semiconductor layer 111. In this embodiment, the trench 122 has a structure formed by dry etching of the semiconductor layers 114, 113, and 111.

リセス124は、半導体層114の上側から半導体層113にわたって窪んだ凹部である。本実施形態では、リセス124は、半導体層114、113に対するドライエッチングによって形成された構造である。   The recess 124 is a concave portion that is depressed over the semiconductor layer 113 from above the semiconductor layer 114. In this embodiment, the recess 124 has a structure formed by dry etching of the semiconductor layers 114 and 113.

段差部126は、半導体層114の上側から半導体層113を貫通し半導体層111にまで落ち込んだ部位である。本実施形態では、段差部126は、半導体層114、113、111に対するドライエッチングによって形成された構造である。半導体装置100の終端部129は、段差部126に隣接し、半導体層114、113、111の終端を構成する部位である。本実施形態では、終端部129は、ダイシングによって形成された構造である。   The step portion 126 is a portion that penetrates through the semiconductor layer 113 from the upper side of the semiconductor layer 114 and falls into the semiconductor layer 111. In this embodiment, the step portion 126 has a structure formed by dry etching of the semiconductor layers 114, 113, and 111. The terminal part 129 of the semiconductor device 100 is a part adjacent to the step part 126 and constituting the terminal of the semiconductor layers 114, 113, 111. In the present embodiment, the terminal portion 129 has a structure formed by dicing.

半導体装置100の絶縁膜130は、電気絶縁性を有する膜である。本実施形態では、絶縁膜130は、トレンチ122の内側から外側にわたって形成されている。本実施形態では、絶縁膜130は、二酸化シリコン(SiO)から主になる。 The insulating film 130 of the semiconductor device 100 is a film having electrical insulation. In the present embodiment, the insulating film 130 is formed from the inside to the outside of the trench 122. In the present embodiment, the insulating film 130 is mainly made of silicon dioxide (SiO 2 ).

ゲート電極142は、絶縁膜130を介してトレンチ122に形成された電極である。本実施形態では、ゲート電極142は、トレンチ122の内側に加え、トレンチ122の外側にわたって形成されている。本実施形態では、ゲート電極142は、アルミニウム(Al)から主になる。ゲート電極142に電圧が印加された場合、p型の半導体層113に反転層が形成され、この反転層がチャネルとして機能することによって、ソース電極144とドレイン電極148との間に導通経路が形成される。   The gate electrode 142 is an electrode formed in the trench 122 via the insulating film 130. In the present embodiment, the gate electrode 142 is formed not only inside the trench 122 but also outside the trench 122. In the present embodiment, the gate electrode 142 is mainly made of aluminum (Al). When a voltage is applied to the gate electrode 142, an inversion layer is formed in the p-type semiconductor layer 113, and the inversion layer functions as a channel, so that a conduction path is formed between the source electrode 144 and the drain electrode 148. Is done.

ソース電極144は、リセス124に形成され、半導体層114にオーミック接触する電極である。本実施形態では、ソース電極144は、チタン(Ti)から主になる層にアルミニウム(Al)から主になる層を積層した後に熱処理を加えた電極である。   The source electrode 144 is an electrode formed in the recess 124 and in ohmic contact with the semiconductor layer 114. In this embodiment, the source electrode 144 is an electrode obtained by stacking a layer mainly composed of aluminum (Al) on a layer mainly composed of titanium (Ti) and then performing a heat treatment.

ドレイン電極148は、基板110の−Z軸方向側の表面にオーミック接触する電極である。本実施形態では、ドレイン電極148は、チタン(Ti)から主になる層にアルミニウム(Al)から主になる層を積層した後に熱処理を加えた電極である。   The drain electrode 148 is an electrode that makes ohmic contact with the surface of the substrate 110 on the −Z axis direction side. In this embodiment, the drain electrode 148 is an electrode obtained by stacking a layer mainly composed of aluminum (Al) on a layer mainly composed of titanium (Ti) and then performing a heat treatment.

本実施形態では、半導体装置100は、トレンチ122に絶縁膜130およびゲート電極142を形成した複数のトレンチ構造と、リセス124にソース電極144を形成した複数のリセス構造とを備える。本実施形態では、トレンチ構造およびリセス構造は、X軸方向において交互に配置されている。本実施形態では、トレンチ構造およびリセス構造は、Y軸方向に延びている。本実施形態では、複数のゲート電極142は、半導体装置100の面内において並列に接続されている。本実施形態では、複数のソース電極144は、配線電極160を通じて並列に接続されている。   In the present embodiment, the semiconductor device 100 includes a plurality of trench structures in which the insulating film 130 and the gate electrode 142 are formed in the trench 122, and a plurality of recess structures in which the source electrode 144 is formed in the recess 124. In the present embodiment, the trench structure and the recess structure are alternately arranged in the X-axis direction. In this embodiment, the trench structure and the recess structure extend in the Y-axis direction. In the present embodiment, the plurality of gate electrodes 142 are connected in parallel in the plane of the semiconductor device 100. In the present embodiment, the plurality of source electrodes 144 are connected in parallel through the wiring electrode 160.

絶縁膜150は、段差部126、絶縁膜130、ゲート電極142およびソース電極144を被覆する。本実施形態では、絶縁膜150は、二酸化シリコン(SiO)から主になる。 The insulating film 150 covers the step 126, the insulating film 130, the gate electrode 142, and the source electrode 144. In the present embodiment, the insulating film 150 is mainly made of silicon dioxide (SiO 2 ).

配線電極160は、絶縁膜150の上に形成された電極である。配線電極160は、絶縁膜150を貫通しソース電極144の各々に接続する接続部を有する。本実施形態では、配線電極160は、アルミニウム(Al)から主になる。本実施形態では、配線電極160は、段差部126において配線電極160と共にフィールドプレート構造を形成する。   The wiring electrode 160 is an electrode formed on the insulating film 150. The wiring electrode 160 has a connection portion penetrating the insulating film 150 and connecting to each of the source electrodes 144. In the present embodiment, the wiring electrode 160 is mainly made of aluminum (Al). In the present embodiment, the wiring electrode 160 forms a field plate structure together with the wiring electrode 160 at the step portion 126.

本実施形態の半導体装置100によれば、トレンチ122の下面が存在する半導体層111内に、p型半導体領域112が位置するため、p型半導体領域112によって、トレンチ122の下面に発生する電界集中を緩和することができる。   According to the semiconductor device 100 of the present embodiment, the p-type semiconductor region 112 is located in the semiconductor layer 111 in which the lower surface of the trench 122 is present. Can be alleviated.

また、段差部126の箇所におけるp型半導体領域112によって、段差部126における電界集中を緩和することができる。   In addition, the p-type semiconductor region 112 at the step 126 can reduce the electric field concentration at the step 126.

また、配線電極160は、段差部126において配線電極160とともにフィールドプレート構造を形成するため、段差部126に現れるpn接合界面の端部における電界集中を緩和できる。   Further, since the wiring electrode 160 forms a field plate structure together with the wiring electrode 160 in the step portion 126, the electric field concentration at the end of the pn junction interface appearing in the step portion 126 can be reduced.

また、本実施形態の半導体装置100では、後述の方法によってp型半導体領域112が形成されるため、半導体層111の表面の汚染及びダメージが抑制されている。以下、半導体装置100の製造方法のうち、特に、p型半導体領域112を形成する方法について説明する。   Further, in the semiconductor device 100 of the present embodiment, since the p-type semiconductor region 112 is formed by a method described later, contamination and damage on the surface of the semiconductor layer 111 are suppressed. Hereinafter, among the manufacturing methods of the semiconductor device 100, a method of forming the p-type semiconductor region 112 will be particularly described.

A2.半導体装置の製造方法:
図2は、半導体装置100の製造方法について示す工程図である。図2には、半導体装置100の製造方法のうち、特に、p型半導体領域112の形成方法が示されている。p型半導体領域112は、半導体層111に対するp型不純物のイオン注入によって形成される。本実施形態では、まず、基板110の上に形成された半導体層111の上に、イオン注入用マスクが形成されるイオン注入用マスク形成工程が行われる(S110)。
A2. Method for manufacturing semiconductor device:
FIG. 2 is a process chart showing a method for manufacturing the semiconductor device 100. FIG. 2 shows a method of forming the p-type semiconductor region 112 among the methods of manufacturing the semiconductor device 100. The p-type semiconductor region 112 is formed by ion implantation of a p-type impurity into the semiconductor layer 111. In the present embodiment, first, an ion implantation mask forming step of forming an ion implantation mask on the semiconductor layer 111 formed on the substrate 110 is performed (S110).

図3は、イオン注入用マスク形成工程について示す工程図である。図4〜図9は、イオン注入用マスク20を形成する様子を示す説明図である。   FIG. 3 is a process chart showing a process of forming a mask for ion implantation. FIGS. 4 to 9 are explanatory views showing the manner in which the ion implantation mask 20 is formed.

イオン注入用マスク20の形成工程では、半導体層111の上に、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlON)の少なくとも一つから主になる第1層21pが形成される(図3、S111)。なお、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlON)の少なくとも一つから主になるとは、モル分率において、これらの材料の含有率の合計が90%以上であることを意味する。 In the step of forming the ion implantation mask 20, the first layer 21p mainly made of at least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and aluminum oxynitride (AlON) is formed on the semiconductor layer 111. Is formed (FIG. 3, S111). Note that “mainly composed of at least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and aluminum oxynitride (AlON)” means that the total content of these materials is 90% or more in terms of mole fraction. Means that

図4は、第1層21pが形成された、製造過程における半導体装置100aを示す図である。図4及び以降の図に示す半導体装置では、半導体層111の−Z軸方向に位置する基板110を省略して示す。本実施形態では、第1層21pは、酸化アルミニウム(Al)から主になる。なお、第1層21pの厚さは、50nm(ナノメートル)以上であることが好ましく、500nm(ナノメートル)以下であることが好ましい。本実施形態では、第1層21pの厚さは、200nm(ナノメートル)である。第1層21pは、例えば原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition)により、半導体層111上に積層される。なお、後の工程において行われるウェットエッチングから、半導体層111の−Z軸方向に位置する基板110の−Z軸方向側の表面を保護するために、基板110の−Z軸方向側の表面に、保護膜を形成することが好ましい。保護膜として、例えば、酸化シリコン(SiO)を用いることができる。保護膜は、例えば、プラズマCVD法により形成することができる。保護膜の厚さは、例えば、300nm(ナノメートル)である。 FIG. 4 is a diagram illustrating the semiconductor device 100a in a manufacturing process, in which the first layer 21p is formed. In the semiconductor device illustrated in FIG. 4 and subsequent drawings, the substrate 110 located in the −Z-axis direction of the semiconductor layer 111 is omitted. In the present embodiment, the first layer 21p is mainly made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Note that the thickness of the first layer 21p is preferably equal to or greater than 50 nm (nanometers), and is preferably equal to or less than 500 nm (nanometers). In the present embodiment, the thickness of the first layer 21p is 200 nm (nanometer). The first layer 21p is stacked on the semiconductor layer 111 by, for example, atomic layer deposition (ALD). Note that, in order to protect the surface of the semiconductor layer 111 on the −Z-axis direction side of the substrate 110 located in the −Z-axis direction, the surface of the substrate 110 on the −Z-axis direction side is protected from wet etching performed in a later step. It is preferable to form a protective film. For example, silicon oxide (SiO 2 ) can be used as the protective film. The protective film can be formed, for example, by a plasma CVD method. The thickness of the protective film is, for example, 300 nm (nanometer).

第1層21pが形成されると、第1層21pの上に、耐アルカリ性を有する金属から主になる第2層22pが形成される(図3、S112)。図5は、第2層22pが形成された、製造過程における半導体装置100bを示す図である。本実施形態において、耐アルカリ性を有する金属は、60℃、22質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液に浸漬した場合のエッチングレートが、5nm/min(ナノメートル/分)未満の性質を有する。耐アルカリ性を有する金属は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、又はマンガン(Mn)のうちの少なくとも一つから選択されることが好ましい。本実施形態では、第2層22pは、チタン(Ti)である。第2層22pの厚さは、例えば、1um(マイクロメートル)である。第2層22pは、例えば、電子ビーム蒸着(EB蒸着)により第1層21p上に積層される。他の実施形態では、第2層22pは、抵抗加熱蒸着により形成されてもよく、スパッタによって形成されてもよい。半導体層111の上に、第1層21p及び第2層22pが順に積層される工程(図3、S111、S112)をまとめて、「工程(a)」とも呼ぶ。   When the first layer 21p is formed, a second layer 22p mainly made of a metal having alkali resistance is formed on the first layer 21p (FIG. 3, S112). FIG. 5 is a diagram illustrating the semiconductor device 100b in a manufacturing process in which the second layer 22p is formed. In the present embodiment, the metal having alkali resistance has a property that an etching rate when immersed in a 22% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) at 60 ° C. is less than 5 nm / min (nanometer / minute). Have. The metal having alkali resistance is preferably selected from at least one of titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), chromium (Cr), and manganese (Mn). . In the present embodiment, the second layer 22p is titanium (Ti). The thickness of the second layer 22p is, for example, 1 μm (micrometer). The second layer 22p is stacked on the first layer 21p by, for example, electron beam evaporation (EB evaporation). In another embodiment, the second layer 22p may be formed by resistance heating evaporation or may be formed by sputtering. Steps (FIG. 3, S111, S112) in which the first layer 21p and the second layer 22p are sequentially stacked on the semiconductor layer 111 are collectively referred to as “step (a)”.

第1層21p及び第2層22pが形成されると、第2層22pの上に、レジストパターン23が形成される(図3、S113)。図6は、レジストパターン23が形成された、製造過程における半導体装置100cを示す図である。本実施形態では、第2層22pの上に、フォトレジストからなる層が形成された後、フォトリソグラフィ技術によって、レジストパターン(レジストパターン23)が形成される。レジストパターン23は、p型半導体領域112が形成される領域に対応する箇所が開口するように形成される。本工程を「工程(b)」とも呼ぶ。   When the first layer 21p and the second layer 22p are formed, a resist pattern 23 is formed on the second layer 22p (FIG. 3, S113). FIG. 6 is a diagram showing the semiconductor device 100c in the manufacturing process, on which the resist pattern 23 has been formed. In the present embodiment, after a layer made of a photoresist is formed on the second layer 22p, a resist pattern (resist pattern 23) is formed by a photolithography technique. The resist pattern 23 is formed such that a portion corresponding to a region where the p-type semiconductor region 112 is formed is opened. This step is also referred to as “step (b)”.

レジストパターン23が形成されると、レジストパターン23の上から第2層22pがドライエッチングされることによって、第2マスク層22が形成される(図3、S114)。図7は、第2マスク層22が形成された、製造過程における半導体装置100dを示す図である。本工程では、レジストパターン23をマスクとして第2層22pがドライエッチングされる。本工程を「工程(c)」とも呼ぶ。ドライエッチングは、例えば、塩素系ガスを用いて行われる。   When the resist pattern 23 is formed, the second mask layer 22 is formed by dry-etching the second layer 22p from above the resist pattern 23 (S114 in FIG. 3). FIG. 7 is a diagram illustrating the semiconductor device 100d in the manufacturing process, on which the second mask layer 22 is formed. In this step, the second layer 22p is dry-etched using the resist pattern 23 as a mask. This step is also referred to as “step (c)”. Dry etching is performed using, for example, a chlorine-based gas.

ドライエッチングが行われると、半導体装置100cからレジストパターン23が除去される(図3、S115)。図8は、レジストパターン23が除去された、製造過程における半導体装置100eを示す図である。レジストパターン23は、例えば、半導体装置100cを剥離液に浸漬することによって除去することができる。   When the dry etching is performed, the resist pattern 23 is removed from the semiconductor device 100c (FIG. 3, S115). FIG. 8 is a diagram showing the semiconductor device 100e in a manufacturing process, from which the resist pattern 23 has been removed. The resist pattern 23 can be removed, for example, by immersing the semiconductor device 100c in a stripper.

レジストパターン23が除去されると、アルカリ性溶液を用いて第1層21pがウェットエッチングされることによって、第1マスク層21が形成される(図3、S115)。図9は、第1マスク層21が形成された、製造過程における半導体装置100fを示す図である。本工程では、半導体装置100dがアルカリ性溶液に浸漬されることによって第1層21pが開口し、第1マスク層21が形成される。第2マスク層22は耐アルカリ性を有するため、本工程の前後において、第2マスク層22の開口のサイズ及び第2マスク層22の端部22tの形状の変化は、抑制される。本工程を「工程(d)」とも呼ぶ。   When the resist pattern 23 is removed, the first layer 21p is wet-etched using an alkaline solution to form the first mask layer 21 (S115 in FIG. 3). FIG. 9 is a diagram illustrating the semiconductor device 100f in a manufacturing process, in which the first mask layer 21 is formed. In this step, the first layer 21p is opened by immersing the semiconductor device 100d in an alkaline solution, and the first mask layer 21 is formed. Since the second mask layer 22 has alkali resistance, changes in the size of the opening of the second mask layer 22 and the shape of the end 22t of the second mask layer 22 before and after this step are suppressed. This step is also referred to as “step (d)”.

本工程では、第1の方向において、第1層21pの端部21tの位置が、第2マスク層22の端部22tの位置と同じ、又は、第2マスク層22の端部22tの位置よりも内側になるように、ウェットエッチングが行われる。本実施形態では、第1の方向において、第1層21pの端部21tの位置が、第2マスク層22の端部22tの位置よりも内側になるように、ウェットエッチングが行われる。図9には、端部の位置が、第2マスク層22の端部22tの位置よりも内側に位置する第1マスク層21が示されている。また、本実施形態では、第1の方向において、第1層21pの端部21tの位置と、第2マスク層22の端部22tの位置と、の差dが、第2マスク層22の膜厚の半分以上になるようにウェットエッチングが行われる。ウェットエッチングは、例えば、第1層21pが、40nm/minのエッチングレートでエッチングされる条件で行われる。   In this step, in the first direction, the position of the end 21t of the first layer 21p is the same as the position of the end 22t of the second mask layer 22 or the position of the end 22t of the second mask layer 22 The wet etching is performed so that the inside is also inside. In the present embodiment, the wet etching is performed such that the position of the end 21t of the first layer 21p is inside the position of the end 22t of the second mask layer 22 in the first direction. FIG. 9 shows the first mask layer 21 whose end portion is located inside the position of the end portion 22t of the second mask layer 22. In the present embodiment, the difference d between the position of the end 21t of the first layer 21p and the position of the end 22t of the second mask layer 22 in the first direction is the film thickness of the second mask layer 22. The wet etching is performed so as to have a thickness of half or more. The wet etching is performed, for example, under the condition that the first layer 21p is etched at an etching rate of 40 nm / min.

以上のようにして、第1マスク層21と第2マスク層22を備えるイオン注入用マスク20が形成される。   As described above, the ion implantation mask 20 including the first mask layer 21 and the second mask layer 22 is formed.

図2に戻り、イオン注入用マスク20が形成されると、イオン注入によって半導体層111にp型不純物が注入されるイオン注入工程が行われる(図2、S130)。図10は、イオン注入工程の様子を示す図である。本実施形態では、+Z軸方向側から半導体層111にp型不純物が注入される。こうすることにより、+Z軸方向側における半導体層111のイオン注入用マスク20(第2マスク層22)の開口に対応する領域に、p型不純物が注入されたp型注入領域112pが形成される。本実施形態では、イオン注入されるp型不純物はマグネシウム(Mg)であり、ドーズ量は3×1015cm−2である。また、イオン注入の温度は500℃であり、イオン注入エネルギーは350keVである。なお、このエネルギーは、形成すべきp型半導体領域112の厚さ(イオン注入の深さ)により適宜変更することができる。本実施形態では、イオン注入の方向は、第1マスク層21と第2マスク層22とが積層される方向(Z軸方向)に対して、ほぼ等しい。図10には、p型注入領域112pが形成された半導体装置100gが示されている。 Returning to FIG. 2, when the ion implantation mask 20 is formed, an ion implantation step of implanting a p-type impurity into the semiconductor layer 111 by ion implantation is performed (FIG. 2, S130). FIG. 10 is a diagram showing a state of the ion implantation step. In the present embodiment, a p-type impurity is implanted into the semiconductor layer 111 from the + Z-axis direction side. By doing so, a p-type implantation region 112p into which a p-type impurity has been implanted is formed in a region corresponding to the opening of the ion implantation mask 20 (second mask layer 22) in the semiconductor layer 111 on the + Z-axis direction side. . In the present embodiment, the p-type impurity to be ion-implanted is magnesium (Mg), and the dose is 3 × 10 15 cm −2 . The temperature of the ion implantation is 500 ° C., and the energy of the ion implantation is 350 keV. Note that this energy can be changed as appropriate depending on the thickness (depth of ion implantation) of the p-type semiconductor region 112 to be formed. In the present embodiment, the direction of ion implantation is substantially equal to the direction in which the first mask layer 21 and the second mask layer 22 are stacked (Z-axis direction). FIG. 10 shows a semiconductor device 100g in which a p-type implantation region 112p is formed.

イオン注入工程が行われた後、イオン注入用マスク除去工程が行われる(図2、S140)。イオン注入用マスク20は、ウェットエッチングによって半導体層111の上から除去される。図11は、イオン注入用マスク20が除去された、製造過程における半導体装置100hを示す図である。本実施形態では、イオン注入用マスク除去工程において、フッ酸(HF)を用いたウェットエッチングが行われる。そのため、本工程では、酸化アルミニウム(Al)から主になる第1マスク層21と、チタン(Ti)から主になる第2マスク層22と、がともに除去される。また、基板110の−Z軸方向側の表面に形成された酸化シリコン(SiO)からなる保護膜も、第1マスク層21及び第2マスク層22とともに除去される。 After the ion implantation step is performed, an ion implantation mask removal step is performed (FIG. 2, S140). The ion implantation mask 20 is removed from above the semiconductor layer 111 by wet etching. FIG. 11 is a diagram showing the semiconductor device 100h in the manufacturing process, from which the ion implantation mask 20 has been removed. In the present embodiment, in the mask removal step for ion implantation, wet etching using hydrofluoric acid (HF) is performed. Therefore, in this step, both the first mask layer 21 mainly made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and the second mask layer 22 mainly made of titanium (Ti) are removed. Further, the protective film made of silicon oxide (SiO 2 ) formed on the surface of the substrate 110 on the −Z-axis direction side is also removed together with the first mask layer 21 and the second mask layer 22.

なお、第1マスク層21が窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlON)で形成されている場合には、イオン注入用マスク除去工程において、第2マスク層22をフッ酸で除去した後、第1層21pを水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)などのアルカリ性溶液で除去してもよい。   When the first mask layer 21 is formed of aluminum nitride (AlN) or aluminum oxynitride (AlON), after removing the second mask layer 22 with hydrofluoric acid in the ion implantation mask removing step, The first layer 21p may be removed with an alkaline solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH).

イオン注入用マスク除去工程が行われた後、イオン注入されたp型不純物を活性化させる活性化工程が行われる(図2、S150)。活性化工程は、例えば、1150℃の温度において、アンモニア(NH3)を含む雰囲気下で、2分間行われる。熱処理の温度は、不純物をより確実に活性化させる観点から、1000℃以上であることが好ましく、1050℃以上であることがより好ましい。また、熱処理温度は1200℃以下であることが好ましく、1150℃以下であることがより好ましい。熱処理の時間は、1分以上であることが好ましく、10分以下であることが好ましい。熱処理はアンモニアを含む雰囲気、水素を含む雰囲気、アンモニア及び水素を含む雰囲気、窒素を含む雰囲気で行われてもよく、アンモニア(NH3)を含む雰囲気下で行われることが好ましい。なお、熱処理時に、p型注入領域112pが形成された半導体層111の上面が荒れることを抑制するために、保護膜を形成してもよい。保護膜の材料としては、例えば、窒化アルミニウム(AlN)を用いることができる。保護膜が形成されている場合、保護膜は熱処理後に除去される。活性化工程が行われることで、p型注入領域112pのドナー元素が活性化し、p型半導体領域112が形成される。図13は、p型半導体領域112が形成された、製造過程における半導体装置100iを示す図である。 After the ion implantation mask removing step is performed, an activation step of activating the ion-implanted p-type impurities is performed (S150 in FIG. 2). The activation step is performed, for example, at a temperature of 1150 ° C. in an atmosphere containing ammonia (NH 3 ) for 2 minutes. The temperature of the heat treatment is preferably 1000 ° C. or higher, more preferably 1050 ° C. or higher, from the viewpoint of more surely activating the impurities. The heat treatment temperature is preferably 1200 ° C. or lower, more preferably 1150 ° C. or lower. The heat treatment time is preferably 1 minute or more, and more preferably 10 minutes or less. The heat treatment may be performed in an atmosphere containing ammonia, an atmosphere containing hydrogen, an atmosphere containing ammonia and hydrogen, or an atmosphere containing nitrogen, and is preferably performed in an atmosphere containing ammonia (NH 3 ). Note that a protective film may be formed to prevent the upper surface of the semiconductor layer 111 on which the p-type implantation region 112p is formed from being roughened during the heat treatment. As a material of the protective film, for example, aluminum nitride (AlN) can be used. If a protective film is formed, the protective film is removed after the heat treatment. By performing the activation step, the donor element in the p-type implantation region 112p is activated, and the p-type semiconductor region 112 is formed. FIG. 13 is a diagram showing the semiconductor device 100i in the manufacturing process, in which the p-type semiconductor region 112 has been formed.

以上のようにして、イオン注入用マスク20を用いたイオン注入によってp型半導体領域112が形成される。   As described above, the p-type semiconductor region 112 is formed by ion implantation using the ion implantation mask 20.

本実施形態では、p型半導体領域112が形成された半導体層111の上に、半導体層113、半導体層114が順に積層された積層体が形成される。その後、積層体に対してドライエッチングが行われることによってトレンチ122及びリセス124が形成され、各絶縁膜及び各電極が形成されて、半導体装置100が製造される。   In the present embodiment, a stacked body in which the semiconductor layer 113 and the semiconductor layer 114 are sequentially stacked is formed on the semiconductor layer 111 in which the p-type semiconductor region 112 is formed. Thereafter, dry etching is performed on the stacked body to form the trench 122 and the recess 124, and the respective insulating films and the respective electrodes are formed. Thus, the semiconductor device 100 is manufactured.

図13は、イオン注入用マスク20の断面SEM像を示す図である。図13には、上述のイオン注入用マスク20の形成工程(図3、S111〜S116)によって形成された、イオン注入用マスク20が示されている。図13には、第1の方向であるX方向と、第2マスク層22の端部22tと、のなす角θが示されている。図13に示す角θは、86.4°である。一般的に、ドライエッチングによって形成される形状は、ウェットエッチングによって形成される形状よりも明確である。本実施形態では、第2層22pのドライエッチングによって第2マスク層22が形成されるため、図13に示すように、形成されたイオン注入用マスク20は、第2マスク層22の端部22tの垂直性がよい。なお、図13に示すイオン注入用マスク20において、第1マスク層21(ウェットエッチングされた第1層21p)の端部21tの位置と、第2マスク層22の端部22tの位置と、の差dは、第2マスク層22の膜厚Dの半分以下である。   FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the ion implantation mask 20. FIG. 13 shows the ion implantation mask 20 formed by the step of forming the ion implantation mask 20 (FIG. 3, S111 to S116). FIG. 13 shows an angle θ between the X direction which is the first direction and the end 22t of the second mask layer 22. The angle θ shown in FIG. 13 is 86.4 °. Generally, the shape formed by dry etching is clearer than the shape formed by wet etching. In the present embodiment, since the second mask layer 22 is formed by dry etching of the second layer 22p, as shown in FIG. 13, the formed ion implantation mask 20 is provided at the end 22t of the second mask layer 22. Has good verticality. In the ion implantation mask 20 shown in FIG. 13, the position of the end 21t of the first mask layer 21 (the wet-etched first layer 21p) and the position of the end 22t of the second mask layer 22 are different. The difference d is equal to or less than half the thickness D of the second mask layer 22.

A3.効果:
本実施形態の半導体装置100の製造方法によれば、第1層21pは酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlON)の少なくとも一つから主になるため、III族窒化物からなる半導体層111の表面がシリコン(Si)によって汚染されることを抑制することができる。また、ドライエッチング時には、第1層21pが半導体層111の保護層として機能するため、半導体層111にダメージが導入されることを抑制することができる。また、第2マスク層22はドライエッチングによって形成されるため、第2マスク層22の開口を所望のサイズに制御することができる。そのため、イオン注入用マスク20を用いたイオン注入によって、半導体層111に所望のサイズのp型半導体領域112を形成することができる。また、第2マスク層22は耐アルカリ性を有するため、第2マスク層22の形状がウェットエッチングによって変化することを抑制することができる。そのため、イオン注入用マスク20を用いたイオン注入によって、半導体層111に所望のサイズのp型半導体領域112を形成することができ、微細化された半導体装置100を製造することができる。
A3. effect:
According to the method of manufacturing the semiconductor device 100 of the present embodiment, the first layer 21p mainly includes at least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and aluminum oxynitride (AlON). It is possible to prevent the surface of the semiconductor layer 111 made of group III nitride from being contaminated by silicon (Si). Further, at the time of dry etching, the first layer 21p functions as a protective layer of the semiconductor layer 111, so that damage to the semiconductor layer 111 can be suppressed. Further, since the second mask layer 22 is formed by dry etching, the opening of the second mask layer 22 can be controlled to a desired size. Therefore, a p-type semiconductor region 112 of a desired size can be formed in the semiconductor layer 111 by ion implantation using the ion implantation mask 20. Further, since the second mask layer 22 has alkali resistance, it is possible to prevent the shape of the second mask layer 22 from being changed by wet etching. Therefore, the p-type semiconductor region 112 having a desired size can be formed in the semiconductor layer 111 by ion implantation using the ion implantation mask 20, and the miniaturized semiconductor device 100 can be manufactured.

また、第1マスク層21は酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlON)の少なくとも一つから主に成り、第2マスク層22は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)の少なくとも一つから主になることにより、イオン注入用マスク20を用いて、500℃のような比較的高温でイオン注入を行うことができる。そのため、イオン注入によって半導体層111にダメージが与えられることを抑制することができる。 The first mask layer 21 mainly includes at least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and aluminum oxynitride (AlON), and the second mask layer 22 includes titanium (Ti), By mainly using at least one of zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), chromium (Cr), and manganese (Mn), a comparison using an ion implantation mask 20 at 500 ° C. Ion implantation can be performed at a relatively high temperature. Therefore, damage to the semiconductor layer 111 due to ion implantation can be suppressed.

また、本実施形態では、耐アルカリ性を有する金属は、60℃、22質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液に浸漬した場合のエッチングレートが、5nm/min未満の性質を有しているため、第2マスク層22の形状が、ウェットエッチングによって変化することを抑制することができる。   In the present embodiment, the metal having alkali resistance has a property that the etching rate when immersed in a 22% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) at 60 ° C. is less than 5 nm / min. Therefore, it is possible to suppress the shape of the second mask layer 22 from being changed by wet etching.

また、本実施形態では、第1の方向において、第1層21pの端部21tの位置と、第2マスク層22の端部22tの位置と、の差dが、第2マスク層22の膜厚Dの半分以下になるように第1層21pをウェットエッチングするため、第2マスク層22が第1マスク層21から剥離することを抑制することができる。また、イオン注入の方向が第1マスク層21と第2マスク層22とが積層される方向に対して傾斜する場合に、第2マスク層22の開口の内側に位置する半導体層111にイオンが注入されることを抑制することができる。   In the present embodiment, the difference d between the position of the end 21t of the first layer 21p and the position of the end 22t of the second mask layer 22 in the first direction is the film thickness of the second mask layer 22. Since the first layer 21p is wet-etched so as to have a thickness equal to or less than half of the thickness D, the second mask layer 22 can be prevented from being separated from the first mask layer 21. Further, when the direction of ion implantation is inclined with respect to the direction in which the first mask layer 21 and the second mask layer 22 are stacked, ions are injected into the semiconductor layer 111 located inside the opening of the second mask layer 22. Injection can be suppressed.

また、本実施形態では、第1層21pの厚さが50nm以上であるため、ドライエッチングによって半導体層111にダメージが導入されることをより抑制することができる。また、第1層21pの厚さが500nm以下であるため、第1層21pの厚さが500nmより厚い場合と比較して、第1層21pの形成及び第1層21pのウェットエッチングに要する時間が増加することを抑制することができる。   Further, in the present embodiment, since the thickness of the first layer 21p is 50 nm or more, it is possible to further prevent the semiconductor layer 111 from being damaged by dry etching. Further, since the thickness of the first layer 21p is 500 nm or less, the time required for the formation of the first layer 21p and the wet etching of the first layer 21p is shorter than the case where the thickness of the first layer 21p is larger than 500 nm. Can be suppressed from increasing.

また、第1層21pの厚さが、比較的厚い場合には、ウェットエッチングによって第1層21pを開口させる間に、ウェットエッチングの等方性により、第2マスク層22の下側(−Z軸方向側)に位置する第1層21pのウェットエッチングが進行しすぎるおそれがある。このような場合には、ウェットエッチングされた第1層21pの端部(第1マスク層21の端部21t)の位置と、第2マスク層22の端部22tの位置との差dが大きくなり、第2マスク層22が第1マスク層21から剥離するおそれがある。しかし、本実施形態では、第1層21pの厚さが500nm以下であるため、ウェットエッチングされた第1層21pの端部(第1マスク層21の端部21t)の位置と、第2マスク層22の端部22tの位置との差dが大きくなることを抑制することができる。   When the thickness of the first layer 21p is relatively large, while the first layer 21p is opened by wet etching, the lower side of the second mask layer 22 (−Z There is a possibility that the wet etching of the first layer 21p located on the (axial side) proceeds too much. In such a case, the difference d between the position of the end of the first layer 21p (the end 21t of the first mask layer 21) wet-etched and the position of the end 22t of the second mask layer 22 is large. Therefore, the second mask layer 22 may be separated from the first mask layer 21. However, in the present embodiment, since the thickness of the first layer 21p is 500 nm or less, the position of the end of the wet-etched first layer 21p (the end 21t of the first mask layer 21) and the position of the second mask An increase in the difference d from the position of the end 22t of the layer 22 can be suppressed.

また、本実施形態では、第1層21pは、酸化アルミニウム(Al)により形成されており、イオン注入工程後に、フッ酸(HF)によって第1マスク層21と第2マスク層22とが一度に除去されるため、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。 In the present embodiment, the first layer 21p is formed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and after the ion implantation step, the first mask layer 21 and the second mask layer 22 are formed with hydrofluoric acid (HF). Is removed at a time, so that the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.

B.変形例:
上述の実施形態では、耐アルカリ性を有する金属は、60℃、22質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液に浸漬した場合のエッチングレートが、5nm/min未満の性質を有している。これに対し、耐アルカリ性を有する金属は、60℃、22質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液に浸漬した場合のエッチングレートが、5nm/min以上であってもよく、例えば、6nm/min、10nm/min等の他の値であってもよい。
B. Modification:
In the above embodiment, the metal having alkali resistance has a property that the etching rate when immersed in a 22% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) at 60 ° C. is less than 5 nm / min. On the other hand, the metal having alkali resistance may have an etching rate of 5 nm / min or more when immersed in a 22% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) at 60 ° C., for example, 6 nm / min. Other values such as min and 10 nm / min may be used.

上述の実施形態では、第1の方向において、第1層21pの端部21tの位置と、第2マスク層22の端部22tの位置と、の差dが、第2マスク層22の膜厚Dの半分以下になるように第1層21pがウェットエッチングされている。これに対し、差dは、膜厚Dの半分よりも大きくてもよい。   In the above embodiment, the difference d between the position of the end 21t of the first layer 21p and the position of the end 22t of the second mask layer 22 in the first direction is the thickness of the second mask layer 22. The first layer 21p is wet-etched so as to be less than half of D. On the other hand, the difference d may be larger than half of the film thickness D.

上述の実施形態では、第1層21pの厚さは、50nm以上500nm以下である。これに対し、第1層21pの厚さは、50nmよりも小さくてもよく、例えば、40nm、35nm等であってもよい。また、第1層の厚さは、500nmよりも大きくてもよく、例えば、550nm、600nmであってもよい。   In the embodiment described above, the thickness of the first layer 21p is not less than 50 nm and not more than 500 nm. On the other hand, the thickness of the first layer 21p may be smaller than 50 nm, and may be, for example, 40 nm, 35 nm, or the like. The thickness of the first layer may be larger than 500 nm, for example, 550 nm or 600 nm.

上述の実施形態において、第1層21pをウェットエッチングするアルカリ性溶液には、水酸化カリウム(KOH)、水酸化アンモニウム(NH4OH)、水酸化ナトリウム(NaOH)などの他のアルカリ系のエッチャントを用いてもよい。 In the above-described embodiment, another alkaline etchant such as potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), or sodium hydroxide (NaOH) is used as the alkaline solution for wet-etching the first layer 21p. May be used.

上述の実施形態では、各半導体層は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されており、半導体装置100は、GaN系の半導体装置である。これに対し、半導体層111は、III族窒化物から主になればよく、各半導体層は窒化アルミニウム(AlN)や窒化インジウム(InN)といった他の材料により構成されていてもよい。   In the above embodiment, each semiconductor layer is formed using gallium nitride (GaN), and the semiconductor device 100 is a GaN-based semiconductor device. On the other hand, the semiconductor layer 111 may be mainly made of a group III nitride, and each semiconductor layer may be made of another material such as aluminum nitride (AlN) or indium nitride (InN).

本発明が適用される半導体層は、上述の半導体層111に限られず、他の半導体層であってもよい。また、本発明が適用される半導体装置は、上述の実施形態で説明したトレンチMOSFETに限られず、イオン注入によってp型半導体領域が形成された半導体装置であればよく、例えば、ショットキーバリアダイオード、接合型トランジスタ、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)、MESFET(metal-semiconductor field effect transistor)及びサイリスタなどであってもよい。   The semiconductor layer to which the present invention is applied is not limited to the above-described semiconductor layer 111, and may be another semiconductor layer. Further, the semiconductor device to which the present invention is applied is not limited to the trench MOSFET described in the above embodiment, and may be any semiconductor device in which a p-type semiconductor region is formed by ion implantation. For example, a Schottky barrier diode, It may be a junction type transistor, a bipolar transistor, an insulated gate bipolar transistor (IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor), a MESFET (metal-semiconductor field effect transistor), a thyristor, or the like.

本発明は、上述した実施形態、実施例及び変形例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、実施形態、実施例及び変形例における技術的特徴のうち、発明の概要の欄に記載した各形態における技術的特徴に対応するものは、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替え及び組み合わせを行うことが可能である。また、本明細書中に必須なものとして説明されていない技術的特徴については、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modified examples, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, among the technical features in the embodiments, examples, and modifications, those that correspond to the technical features in each mode described in the Summary of the Invention section are for solving some or all of the problems described above. Alternatively, in order to achieve some or all of the effects described above, replacement and combination can be appropriately performed. Further, technical features that are not described as essential in the present specification can be deleted as appropriate.

20…イオン注入用マスク
21…第1マスク層
21p…第1層
21t…端部
22…第2マスク層
22p…第2層
22t…端部
23…レジストパターン
100…半導体装置
100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i…製造過程における半導体装置
110…基板
111…半導体層
112…p型半導体領域
112p…p型注入領域
113…半導体層
114…半導体層
122…トレンチ
124…リセス
126…段差部
129…終端部
130…絶縁膜
142…ゲート電極
144…ソース電極
148…ドレイン電極
150…絶縁膜
160…配線電極
C…制御領域
D…膜厚
d…差
Reference Signs List 20 ion implantation mask 21 first mask layer 21p first layer 21t end 22 second mask layer 22p second layer 22t end 23 resist pattern 100 semiconductor device 100a, 100b, 100c 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i Semiconductor device in manufacturing process 110 Substrate 111 Semiconductor layer 112 P-type semiconductor region 112p P-type injection region 113 Semiconductor layer 114 Semiconductor layer 122 Trench 124 Recess 126 stepped portion 129 terminal portion 130 insulating film 142 gate electrode 144 source electrode 148 drain electrode 150 insulating film 160 wiring electrode C control region D film thickness d difference

Claims (6)

半導体装置の製造方法であって、
III族窒化物から主に成り第1の方向に沿って広がる半導体層の上に、イオン注入用マスクを形成するイオン注入用マスク形成工程と、
前記イオン注入用マスクが形成された半導体層に、イオン注入によってp型不純物を注入するイオン注入工程と、を備え、
前記イオン注入用マスク形成工程は、
(a)前記半導体層の上に、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlON)の少なくとも一つから主になる第1層と、耐アルカリ性を有する金属から主になる第2層と、を順に積層する工程と、
(b)前記第2層の上にレジストパターンを形成する工程と、
(c)前記レジストパターンの上から前記第2層をドライエッチングして、第2マスク層を形成する工程と、
(d)アルカリ性溶液によって、前記第1の方向において、前記第1層の端部の位置が、前記第2マスク層の端部の位置と同じ又は前記第2マスク層の端部の位置よりも内側になるように前記第1層をウェットエッチングして、第1マスク層を形成する工程と、を備える、
半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
An ion implantation mask forming step of forming an ion implantation mask on a semiconductor layer mainly made of group III nitride and extending along the first direction;
An ion implantation step of implanting a p-type impurity by ion implantation into the semiconductor layer on which the ion implantation mask is formed,
The ion implantation mask forming step,
(A) A first layer mainly composed of at least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and aluminum oxynitride (AlON), and a metal having alkali resistance on the semiconductor layer. A step of sequentially stacking a main second layer,
(B) forming a resist pattern on the second layer;
(C) dry etching the second layer from above the resist pattern to form a second mask layer;
(D) the position of the end of the first layer in the first direction is the same as the position of the end of the second mask layer or the position of the end of the second mask layer in the first direction; Forming the first mask layer by wet etching the first layer so as to be on the inside.
A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置の製造方法であって、
前記耐アルカリ性を有する金属は、60℃、22質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)に浸漬した場合のエッチングレートが、5nm/min未満の性質を有する、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal having alkali resistance has a property that an etching rate when immersed in 22% by mass of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) at 60 ° C. is less than 5 nm / min.
請求項1または請求項2記載の半導体装置の製造方法であって、
前記耐アルカリ性を有する金属は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)の少なくとも一つである、半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein:
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal having alkali resistance is at least one of titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), chromium (Cr), and manganese (Mn).
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記工程(d)では、前記第1の方向において、前記第1層の端部の位置と、前記第2マスク層の端部の位置と、の差が、前記第2マスク層の膜厚の半分以下になるように前記第1層をウェットエッチングして前記第1マスク層を形成する、半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
In the step (d), the difference between the position of the end of the first layer and the position of the end of the second mask layer in the first direction is the thickness of the second mask layer. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first mask layer is formed by wet etching the first layer so as to be half or less.
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の製造方法であって、
前記工程(a)では、前記半導体層の上に、前記第1層を50nm以上500nm以下の厚さで形成する、半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step (a), the first layer is formed on the semiconductor layer to have a thickness of 50 nm or more and 500 nm or less.
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の製造方法であって、
前記第1層は、酸化アルミニウム(Al)により形成されており、
前記イオン注入工程の後に、フッ酸(HF)によって前記第1マスク層と前記第2マスク層とを除去する工程を備える、半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
The first layer is formed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ),
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of removing the first mask layer and the second mask layer with hydrofluoric acid (HF) after the ion implantation step.
JP2017008114A 2017-01-20 2017-01-20 Method for manufacturing semiconductor device Active JP6642465B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017008114A JP6642465B2 (en) 2017-01-20 2017-01-20 Method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017008114A JP6642465B2 (en) 2017-01-20 2017-01-20 Method for manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018117081A JP2018117081A (en) 2018-07-26
JP6642465B2 true JP6642465B2 (en) 2020-02-05

Family

ID=62984344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017008114A Active JP6642465B2 (en) 2017-01-20 2017-01-20 Method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6642465B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7501196B2 (en) 2020-07-22 2024-06-18 富士電機株式会社 NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE - Patent application
CN114196917A (en) * 2021-11-05 2022-03-18 南华大学 Al2O3Tritium-resistant coating and preparation method thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69230988T2 (en) * 1991-09-23 2000-11-30 Koninklijke Philips Electronics N.V., Eindhoven Method of making an assembly in which a substance is implanted in a body
JP2002025974A (en) * 2000-07-10 2002-01-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP3970145B2 (en) * 2002-09-26 2007-09-05 株式会社豊田中央研究所 Silicon anisotropic etching solution and method of manufacturing semiconductor device using the same
JP2007042803A (en) * 2005-08-02 2007-02-15 Honda Motor Co Ltd Ion implantation mask, manufacturing method thereof, silicon carbide semiconductor device using the same, and its manufacturing method
JP4996706B2 (en) * 2010-03-03 2012-08-08 株式会社東芝 Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP5641821B2 (en) * 2010-08-25 2014-12-17 三菱電機株式会社 Method for manufacturing heterojunction field effect transistor
JP6047995B2 (en) * 2012-08-22 2016-12-21 住友電気工業株式会社 Method of manufacturing group III nitride semiconductor, method of manufacturing semiconductor element, group III nitride semiconductor device, method of performing heat treatment
DE102015103072B4 (en) * 2015-03-03 2021-08-12 Infineon Technologies Ag SEMI-CONDUCTOR DEVICE WITH A DITCH STRUCTURE INCLUDING A GATE ELECTRODE AND A CONTACT STRUCTURE FOR A DIODE AREA

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018117081A (en) 2018-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6253886B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
CN107863299B (en) FinFET and manufacturing method thereof
JP5595685B2 (en) Semiconductor device
JP6341077B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
CN106298887B (en) Preparation method of groove gate MOSFET with high threshold voltage and high mobility
US10312175B1 (en) Diamond air bridge for thermal management of high power devices
US20090179258A1 (en) Nitride semiconductor device and method for producing nitride semiconductor device
JP6739918B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP7119350B2 (en) Manufacturing method of vertical GaN-based semiconductor device and vertical GaN-based semiconductor device
US20180097096A1 (en) Semiconductor device
JP2009177110A (en) Nitride semiconductor element, and method for manufacturing nitride semiconductor element
JP2011192834A (en) Semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device
JP2019062140A (en) Method for manufacturing semiconductor device
US10083918B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
CN111048411A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP6642465B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US10497572B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2019175905A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2006351762A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
CN110459473B (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP5304134B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
US9852925B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US20230207675A1 (en) Semiconductor device with a gate electrode having multiple regions and method of fabrication therefor
JP2012064663A (en) Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same
JP6540547B2 (en) MPS diode

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190227

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191120

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191216

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6642465

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150