JP6996302B2 - 窒化物半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、トレンチゲート部を備える窒化物半導体装置とその製造方法に関する。

トレンチゲート部を備える窒化物半導体装置の開発が進められている。このような窒化物半導体装置は、ｎ型のドリフト領域、ドリフト領域の上方に設けられているｐ型のボディ領域、及び、ボディ領域の上方に設けられているｎ型のソース領域を備えている。ドリフト領域とソース領域は、ボディ領域によって隔てられている。ドリフト領域とソース領域を隔てる位置にあるボディ領域は、トレンチゲート部の側面に対向している。このような窒化物半導体装置では、トレンチゲート部にオン電圧を印加することによって、ドリフト領域とソース領域を隔てる位置にあるボディ領域にチャネル（反転層）が形成され、ソース領域から注入された電子がそのチャネルを介してドリフト領域に移動し、窒化物半導体装置がオンする。

絶縁破壊電界強度の高い窒化物半導体で製造される窒化物半導体装置は、その特性を十分に発揮するために、高電界が加わる動作条件で用いられる。このため、トレンチゲート部の側面と底面で構成される角部の絶縁破壊が懸念される。

特許文献１は、ボディ領域がトレンチゲート部の角部を覆うように設けられた窒化物半導体装置を開示する。これにより、トレンチゲート部の角部の電界を緩和し、トレンチゲート部の角部の絶縁破壊を抑制することができる。

特開２０１７－６９２７０号公報（特に、図５）

このような窒化物半導体装置では、パンチスルー耐圧の向上が望まれている。パンチスルーとは、窒化物半導体装置がオフしたときに、ドリフト領域とボディ領域のｐｎ接合からボディ領域内に伸展する空乏層がソース領域に達して漏れ電流が発生する現象である。

このようなパンチスルーを抑えるために、ボディ領域の不純物濃度を濃くすることが考えられる。しかしながら、ボディ領域の不純物濃度を濃くすると、閾値電圧の増大及びチャネル抵抗の増大が懸念される。

本明細書は、トレンチゲート部を備える窒化物半導体装置において、パンチスルー耐圧の向上と低い閾値電圧と低いチャネル抵抗を両立させる技術を提供する。

本明細書が開示する窒化物半導体装置の一実施形態は、窒化物半導体層及びトレンチゲート部を備えることができる。トレンチゲート部は、窒化物半導体層の表面から裏面に向けて伸びている。窒化物半導体層は、第１導電型の第１半導体領域、第１導電型の突出領域、第２導電型の第２半導体領域及び第１導電型の第３半導体領域を有することができる。突出領域は、第１半導体領域から突出してトレンチゲート部の底面の中央部に接する。第２半導体領域は、第１半導体領域の上方に設けられており、トレンチゲート部の角部を覆うとともにトレンチゲート部の側面に対向している。第３半導体領域は、第２半導体領域の上方に設けられているとともに第２半導体領域によって第１半導体領域から隔てられており、トレンチゲート部の側面に対向している。第２半導体領域は、高濃度領域及び低濃度領域を有することができる。高濃度領域は、第１半導体領域側に配置されている。低濃度領域は、第３半導体領域側に配置されている。高濃度領域の不純物濃度が、低濃度領域の不純物濃度よりも濃い。この窒化物半導体装置では、第２半導体領域の高濃度領域が第１半導体領域側に配置されているので、その高濃度領域によって空乏層が第２半導体領域内に伸展するのを抑えることができる。これにより、窒化物半導体装置のパンチスルー耐圧が向上する。さらに、この窒化物半導体装置では、低濃度領域が第３半導体領域側に配置されているので、閾値電圧は低く抑えられ、チャネル抵抗も低く抑えられる。このように、この窒化物半導体装置では、パンチスルー耐圧の向上と低い閾値電圧と低いチャネル抵抗を両立させることができる。

上記実施形態の窒化物半導体装置では、低濃度領域が、トレンチゲート部の角部を覆うように設けられていてもよい。換言すると、高濃度領域が、低濃度領域によってトレンチゲート部から離れて設けられている、ということができる。このように、高濃度領域がトレンチゲート部から離れて設けられているので、窒化物半導体装置の閾値電圧とチャネル抵抗は低濃度領域によって決定される。このため、この窒化物半導体装置では、パンチスルー耐圧の向上と低い閾値電圧と低いチャネル抵抗を極めて良好に両立させることができる。

低濃度領域がトレンチゲート部の角部を覆うように設けられた上記実施形態の窒化物半導体装置では、高濃度領域が、トレンチゲート部の下方において、低濃度領域よりもトレンチゲート部の底面の中央部側に向けて突出していてもよい。換言すると、低濃度領域が、トレンチゲート部の下方において、高濃度領域よりもトレンチゲート部の側面側に後退している、ということができる。高濃度領域の突出によってトレンチゲート部の角部の電界が緩和されるとともに、低濃度領域の後退によってチャネル長が短くなり、チャネル抵抗が低下する。この窒化物半導体装置では、チャネル抵抗の増大を抑えながらトレンチゲート部の角部の電界を緩和することができる。

低濃度領域がトレンチゲート部の角部を覆うように設けられた上記実施形態の窒化物半導体装置では、低濃度領域が、第１半導体領域側に配置されている下側部分と、第３半導体領域側に配置されている上側部分と、を有していてもよい。この場合、下側部分の不純物濃度が上側部分の不純物濃度よりも薄い。さらに、下側部分は、トレンチゲート部の角部を覆うように設けられている。この窒化物半導体装置では、下側部分が設けられていることにより、チャネル抵抗が低下する。

上記実施形態の窒化物半導体装置では、突出領域の不純物濃度が、第１半導体領域の不純物濃度よりも濃くてもよい。突出領域の抵抗を下げることができるので、窒化物半導体装置のオン抵抗が低下する。

本明細書は、窒化物半導体装置の製造方法を開示することができる。本明細書が開示する窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層を用意する工程、第１トレンチ形成工程、結晶成長工程、第２トレンチ形成工程及びトレンチゲート部形成工程を備えることができる。窒化物半導体層は、第１導電型の第１半導体領域と、その第１半導体領域の上方に設けられている第２導電型の第２半導体領域と、を有することができる。第２半導体領域は、第１半導体領域側に配置されている高濃度領域と、その高濃度領域の上方に配置されている低濃度領域と、を有することができる。高濃度領域の不純物濃度が低濃度領域の不純物濃度よりも濃い。第１トレンチ形成工程では、窒化物半導体層の表面から第２半導体領域を貫通して第１半導体領域に達する第１トレンチを形成することができる。結晶成長工程では、第１トレンチを充填するように第１導電型のエピ層を結晶成長することができる。第２トレンチ形成工程では、窒化物半導体層の表面から第２半導体領域よりも浅い第２トレンチを形成することができる。第２トレンチは、第１トレンチに充填されているエピ層を含む範囲に形成され、これにより、第２トレンチの下方にエピ層の一部を残存させることができる。トレンチゲート部形成工程では、第２トレンチ内にトレンチゲート部を形成することができる。この製造方法によると、パンチスルー耐圧の向上と低い閾値電圧と低いチャネル抵抗を両立した窒化物半導体装置を製造することができる。

上記製造方法では、第２トレンチが、第２半導体領域の低濃度領域よりも浅くてもよい。この製造方法によると、低濃度領域が、トレンチゲート部の角部を覆うように設けられた窒化物半導体装置を製造することができる。

第２トレンチが第２半導体領域の低濃度領域よりも浅い窒化物半導体装置の上記製造方法では、第１トレンチ形成工程が、窒化物半導体層の表面から第２半導体領域の低濃度領域を貫通して高濃度領域に達する幅広トレンチを形成する工程と、幅広トレンチの底面から高濃度領域を貫通して第１半導体領域に達する幅狭トレンチを形成する工程と、を有していてもよい。この製造方法によると、高濃度領域が、トレンチゲート部の下方において、低濃度領域よりもトレンチゲート部の底面の中央部側に向けて突出した窒化物半導体装置を製造することができる。

第２トレンチが第２半導体領域の低濃度領域よりも浅い窒化物半導体装置の上記製造方法では、低濃度領域が、第１半導体領域側に配置されている下側部分と、下側部分よりも上方に配置されている上側部分と、を有していてもよい。この場合、下側部分の不純物濃度が上側部分の不純物濃度よりも薄い。第２トレンチは、上側部分を貫通して下側部分に達する。この製造方法によると、低濃度領域が下側部分と上側部分を有しており、その下側部分がトレンチゲート部の角部を覆うように設けられた窒化物半導体装置を製造することができる。

上記製造方法では、エピ層の不純物濃度が、第１半導体領域の不純物濃度よりも濃くてもよい。この製造方法によると、突出領域であるエピ層の抵抗が低い窒化物半導体装置を製造することができる。

第１実施形態の窒化物半導体装置の要部断面図を模式的に示す。 第１実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第１実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第１実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第１実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第１実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第１実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第２実施形態の窒化物半導体装置の要部断面図を模式的に示す。 第３実施形態の窒化物半導体装置の要部断面図を模式的に示す。 第３実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第３実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第３実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第３実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第３実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第３実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第４実施形態の窒化物半導体装置の要部断面図を模式的に示す。 第４実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第４実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第４実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第４実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第４実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。 第４実施形態の窒化物半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す。

（第１実施形態）
図１に示されるように、第１実施形態の窒化物半導体装置１は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）と称される種類の半導体装置であり、窒化物半導体層１０、窒化物半導体層１０の裏面を被覆するドレイン電極２２、窒化物半導体層１０の表面を被覆するソース電極２４、及び、窒化物半導体層１０の表層部に設けられているトレンチゲート部３０を備えている。窒化物半導体層１０は、ｎ型のドレイン領域１１、ｎ型のドリフト領域１２、ｐ型のボディ領域１３及びｎ型のソース領域１４を備えている。窒化物半導体層１０の材料は窒化ガリウム（ＧａＮ）である。窒化物半導体層１０では、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が用いられており、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）が用いられている。ここで、ドリフト領域１２が本願明細書で開示する第１半導体領域の一例であり、ボディ領域１３が本願明細書で開示する第２半導体領域の一例であり、ソース領域１４が本願明細書で開示する第３半導体領域の一例である。

ドレイン領域１１は、窒化物半導体層１０の裏層部に設けられており、ｎ型不純物を高濃度に含んでいる。ドレイン領域１１は、窒化物半導体層１０の裏面に露出しており、ドレイン電極２２にオーミック接触している。ドレイン領域１１は、後述するように、ｎ型ＧａＮ基板として準備され、ドリフト領域１２及びボディ領域１３を結晶成長するための下地基板でもある。

ドリフト領域１２は、ドレイン領域１１の表面上に設けられており、ドレイン領域１１とボディ領域１３の間に配置されている。ドリフト領域１２のｎ型不純物の濃度は、ドレイン領域１１のｎ型不純物の濃度よりも薄い。ドリフト領域１２は、トレンチゲート部３０の底面３０Ｂの中央部に接するように突出した突出領域１２ａを有する。突出領域１２ａは、ドリフト領域１２の一部の領域として認識してもよく、ドリフト領域１２とは別の領域として認識してもよい。この例では、突出領域１２ａのｎ型不純物の濃度は、ドリフト領域１２のｎ型不純物の濃度と等しい。

ボディ領域１３は、ドリフト領域１２の表面上に設けられており、窒化物半導体層１０の表層部に設けられており、トレンチゲート部３０の側面３０Ｓと底面３０Ｂで構成される角部を覆うとともにトレンチゲート部３０の側面３０Ｓに対向している。より詳細には、ボディ領域１３は、トレンチゲート部３０の側面３０Ｓに接するとともに、トレンチゲート部３０の底面３０Ｂの端部に接するように設けられている。ボディ領域１３は、高濃度領域１３Ａ及び低濃度領域１３Ｂを有している。高濃度領域１３Ａのｐ型不純物の濃度は、低濃度領域１３Ｂのｐ型不純物の濃度よりも高い。

高濃度領域１３Ａは、低濃度領域１３Ｂよりもドリフト領域１２側に配置されており、ドリフト領域１２と低濃度領域１３Ｂの間に配置されており、ドリフト領域１２と低濃度領域１３Ｂの双方に接している。高濃度領域１３Ａは、トレンチゲート部３０の底面３０Ｂの下方にも配置されており、低濃度領域１３Ｂによってトレンチゲート部３０の底面３０Ｂから離れて配置されている。高濃度領域１３Ａのｐ型不純物の濃度は、例えば１×１０¹⁷～１×１０¹⁹ｃｍ^-3である。また、高濃度領域１３Ａの深さ方向の厚みは、例えば０．１～２．５μｍである。なお、この物性値は一例であり、高濃度領域１３Ａのｐ型不純物の濃度及び厚みは、適宜に設定可能である。

低濃度領域１３Ｂは、高濃度領域１３Ａよりもソース領域１４側に配置されており、高濃度領域１３Ａとソース領域１４の間に配置されており、高濃度領域１３Ａとソース領域１４の双方に接している。低濃度領域１３Ｂは、トレンチゲート部３０の側面３０Ｓと底面３０Ｂで構成される角部を覆っている。低濃度領域１３Ｂは、トレンチゲート部３０の側面３０Ｓに接するとともに、トレンチゲート部３０の底面３０Ｂの端部にも接するように設けられている。低濃度領域１３Ｂは、窒化物半導体層１０の表面に露出しており、ソース電極２４にオーミック接触している。低濃度領域１３Ｂのｐ型不純物の濃度は、例えば５×１０¹⁵～５×１０¹⁷ｃｍ^-3である。また、低濃度領域１３Ｂの深さ方向の厚みは、例えば０．３～３μｍである。なお、この物性値は一例であり、低濃度領域１３Ｂのｐ型不純物の濃度及び厚みは、適宜に設定可能である。

ソース領域１４は、ボディ領域１３の表面上に設けられており、窒化物半導体層１０の表層部に設けられており、ボディ領域１３によってドリフト領域１２から隔てられているとともにトレンチゲート部３０の側面３０Ｓに対向している。より詳細には、ソース領域１４は、トレンチゲート部３０の側面３０Ｓに接するように設けられている。ソース領域１４は、窒化物半導体層１０の表面に露出しており、ソース電極にオーミック接触している。

トレンチゲート部３０は、窒化物半導体層１０の表面から裏面に向けて伸びており、ゲート電極３２及びゲート絶縁膜３４を有している。ゲート電極３２は、その側面及び底面がゲート絶縁膜３４で被覆されている。

次に、窒化物半導体装置１の動作を説明する。ソース電極２４よりも高い電圧がドレイン電極２２に印加され、ゲート電極３２に閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、窒化物半導体装置１はオンとなる。このとき、低濃度領域１３Ｂ内にチャネル（反転層）が形成される。チャネルは、トレンチゲート部３０の側面３０Ｓ及び底面３０Ｂの端部に接する低濃度領域１３Ｂ内に形成される。ソース領域１４から注入された電子は、低濃度領域１３Ｂ内に形成されたチャネルを流れ、突出領域１２ａを介してドリフト領域１２に移動し、窒化物半導体装置１がオンする。ゲート電極３２に印加される電圧が閾値電圧を下回ると、低濃度領域１３Ｂ内のチャネルが消失し、窒化物半導体装置１がオフとなる。

窒化物半導体装置１は、ボディ領域１３が高濃度領域１３Ａ及び低濃度領域１３Ｂで構成されていることを特徴とする。窒化物半導体装置１がオフすると、ドリフト領域１２と高濃度領域１３Ａのｐｎ接合からボディ領域１３内に向けて空乏層が伸展する。窒化物半導体装置１では、ｐ型不純物の濃度が高い高濃度領域１３Ａが設けられているので、空乏層がボディ領域１３内に深く広がるのが抑えられ、これにより、空乏層がソース領域１４に達して漏れ電流が発生するパンチスルーが抑えられる。このように、窒化物半導体装置１のパンチスルー耐圧が向上している。さらに、窒化物半導体装置１では、ｐ型不純物の濃度が薄い低濃度領域１３Ｂがトレンチゲート部３０に接するように設けられている。このため、窒化物半導体装置１の閾値電圧は低く抑えられ、チャネル抵抗も低く抑えられる。特に、窒化物半導体装置１では、低濃度領域１３Ｂがトレンチゲート部３０の角部を覆うように設けられているので、高濃度領域１３Ａがトレンチゲート部３０から離れている。高濃度領域１３Ａがトレンチゲート部３０から離れて設けられているので、窒化物半導体装置１の閾値電圧とチャネル抵抗は低濃度領域１３Ｂによって決定される。このため、この窒化物半導体装置１では、パンチスルー耐圧の向上と低い閾値電圧と低いチャネル抵抗を極めて良好に両立させることができる。

次に、図２Ａ－図２Ｆを参照し、窒化物半導体装置１の製造方法を説明する。まず、図２Ａに示されるように、ドレイン領域１１とドリフト領域１２と高濃度領域１３Ａと低濃度領域１３Ｂがこの順に積層された窒化物半導体層１０を準備する。窒化物半導体層１０は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を利用して、ｎ型ＧａＮ基板であるドレイン領域１１の表面上からｎ型ＧａＮのドリフト領域１２、ｐ型ＧａＮの高濃度領域１３Ａ及び低濃度領域１３Ｂを順に結晶成長することにより製造される。

次に、図２Ｂに示されように、窒化物半導体層１０の表面から低濃度領域１３Ｂ及び高濃度領域１３Ａを貫通してドリフト領域１２に達するトレンチＴＲ１０を形成する。トレンチＴＲ１０は、ドライエッチング、ウェットエッチング等の公知技術を用いて形成することができる。ここで、トレンチＴＲ１０は、第１トレンチの一例である。

次に、図２Ｃに示されるように、有機金属気相成長法を利用して、トレンチＴＲ１０を充填するようにｎ型ＧａＮのエピ層４２を結晶成長する。このエピ層４２のｎ型不純物の濃度は、ドリフト領域１２のｎ型不純物の濃度と等しくなるように調整されている。

次に、図２Ｄに示されるように、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を利用して、窒化物半導体層１０の表面を被膜するエピ層４２を選択的に除去し、低濃度領域１３Ｂを露出させる。

次に、図２Ｅに示されるように、イオン注入技術及び活性化アニール技術を利用して、窒化物半導体層１０の表面に露出するエピ層４２及び低濃度領域１３Ｂの一部にｎ型不純物を導入し、ソース領域１４を形成する。ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が用いられる。ソース領域１４は、エピ層４２の周囲に存在する低濃度領域１３Ｂの一部にｎ型不純物を導入して形成される。なお、ソース領域１４は、ドリフト領域１２及びボディ領域１３を結晶成長するときに、ボディ領域１３の表面上に結晶成長させたｎ型エピ層を利用して形成してもよい。

次に、図２Ｆに示されように、窒化物半導体層１０の表面からソース領域１４を貫通するとともに、低濃度領域１３Ｂよりも浅いトレンチＴＲ１１を形成する。トレンチＴＲ１１は、エピ層４２を含むとともに、そのエピ層４２の周囲に存在する低濃度領域１３Ｂの一部をエッチングして形成される。トレンチＴＲ１１の下方に残存するエピ層４２は、突出領域１２ａとなる。トレンチＴＲ１１は、ドライエッチング、ウェットエッチング等の公知技術を用いて形成することができる。ここで、トレンチＴＲ１１は、第２トレンチの一例である。

次に、トレンチＴＲ１１内にゲート絶縁膜３４及びゲート電極３２を形成する。ゲート絶縁膜３４は、プラズマＣＶＤ，ＬＰ－ＣＶＤ（Low Pressure CVD），ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等の公知技術を用いて形成することができる。その後、窒化物半導体層１０の裏面にドレイン電極２２を形成し、窒化物半導体層１０の表面にソース電極２４形成することにより、図１に示す窒化物半導体装置１が完成する。

（第２実施形態）
図３に、第２実施形態の窒化物半導体装置２を示す。図１の第１実施形態の窒化物半導体装置１と共通する構成要素には共通の符号を付し、その説明を省略する。

図３に示されるように、窒化物半導体装置２は、突出領域１２ａのｎ型不純物濃度が、ドリフト領域１２のｎ型不純物の濃度よりも濃いことを特徴とする。窒化物半導体装置２では、突出領域１２ａの抵抗が下げるので、オン抵抗が低下する。

窒化物半導体装置２は、図２Ｃのエピ層４２を結晶成長する工程において、ｎ型不純物の濃度をドリフト領域１２のｎ型不純物の濃度よりも濃くする点以外は、第１実施形態の窒化物半導体装置１と同一の製造方法で製造され得る。

（第３実施形態）
図４に、第３実施形態の窒化物半導体装置３を示す。図１の第１実施形態の窒化物半導体装置１と共通する構成要素には共通の符号を付し、その説明を省略する。

窒化物半導体装置３は、高濃度領域１３Ａが、トレンチゲート部３０の下方において、低濃度領域１３Ｂよりもトレンチゲート部３０の底面３０Ｂの中央部側に向けて突出している。換言すると、低濃度領域１３Ｂが、トレンチゲート部３０の下方において、高濃度領域１３Ａよりもトレンチゲート部３０の側面３０Ｓ側に後退している。高濃度領域１３Ａの突出によってトレンチゲート部３０の角部の電界が緩和されるとともに、低濃度領域１３Ｂの後退によってチャネル長が短くなり、チャネル抵抗が低下する。この窒化物半導体装置３では、チャネル抵抗の増大を抑えながらトレンチゲート部３０の角部の電界を緩和することができる。

次に、図５Ａ－図５Ｆを参照し、窒化物半導体装置３の製造方法を説明する。まず、図５Ａに示されるように、ドレイン領域１１とドリフト領域１２と高濃度領域１３Ａと低濃度領域１３Ｂがこの順に積層された窒化物半導体層１０を準備する。窒化物半導体層１０は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を利用して、ｎ型ＧａＮ基板であるドレイン領域１１の表面上からｎ型ＧａＮのドリフト領域１２、ｐ型ＧａＮの高濃度領域１３Ａ及び低濃度領域１３Ｂを順に結晶成長することにより製造される。

次に、図５Ｂに示されように、窒化物半導体層１０の表面から低濃度領域１３Ｂ及び高濃度領域１３Ａを貫通してドリフト領域１２に達する幅広トレンチＴＲ２０及び幅狭トレンチＴＲ２１を形成する。まず、窒化物半導体層１０の表面から低濃度領域１３Ｂを貫通して高濃度領域１３Ａに達する幅広トレンチＴＲ２０を形成する。次に、幅広トレンチＴＲ２０の底面から高濃度領域１３Ａを貫通してドリフト領域１２に達する幅狭トレンチＴＲ２１を形成する。幅広トレンチＴＲ２０及び幅狭トレンチＴＲ２１は、ドライエッチング、ウェットエッチング等の公知技術を用いて形成することができる。ここで、幅広トレンチＴＲ２０及び幅狭トレンチＴＲ２１は、第１トレンチの一例である。

次に、図５Ｃに示されるように、有機金属気相成長法を利用して、幅広トレンチＴＲ２０及び幅狭トレンチＴＲ２１を充填するようにｎ型ＧａＮのエピ層４４を結晶成長する。このエピ層４４のｎ型不純物の濃度は、ドリフト領域１２のｎ型不純物の濃度と等しくなるように調整されている。なお、エピ層４４のｎ型不純物の濃度をドリフト領域１２のｎ型不純物の濃度よりも濃くしてもよい。

次に、図５Ｄに示されるように、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を利用して、窒化物半導体層１０の表面を被膜するエピ層４４を選択的に除去し、低濃度領域１３Ｂを露出させる。

次に、図５Ｅに示されるように、イオン注入技術及び活性化アニール技術を利用して、窒化物半導体層１０の表面に露出するエピ層４４及び低濃度領域１３Ｂの一部にｎ型不純物を導入し、ソース領域１４を形成する。ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が用いられる。ソース領域１４は、エピ層４４の周囲に存在する低濃度領域１３Ｂの一部にｎ型不純物を導入して形成される。なお、ソース領域１４は、ドリフト領域１２及びボディ領域１３を結晶成長するときに、ボディ領域１３の表面上に結晶成長させたｎ型エピ層を利用して形成してもよい。

次に、図５Ｆに示されように、窒化物半導体層１０の表面からソース領域１４を貫通するとともに、低濃度領域１３Ｂよりも浅いトレンチＴＲ２２を形成する。トレンチＴＲ２２は、エピ層４４を含むとともに、そのエピ層４４の周囲に存在する低濃度領域１３Ｂの一部をエッチングして形成される。トレンチＴＲ２２の下方に残存するエピ層４４は、突出領域１２ａとなる。トレンチＴＲ２２は、ドライエッチング、ウェットエッチング等の公知技術を用いて形成することができる。ここで、トレンチＴＲ２２は、第２トレンチの一例である。

次に、トレンチＴＲ２２内にゲート絶縁膜３４及びゲート電極３２を形成する。ゲート絶縁膜３４は、プラズマＣＶＤ，ＬＰ－ＣＶＤ（Low Pressure CVD），ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等の公知技術を用いて形成することができる。その後、窒化物半導体層１０の裏面にドレイン電極２２を形成し、窒化物半導体層１０の表面にソース電極２４形成することにより、図４に示す窒化物半導体装置３が完成する。

（第４実施形態）
図６に、第４実施形態の窒化物半導体装置４を示す。図１の第１実施形態の窒化物半導体装置１と共通する構成要素には共通の符号を付し、その説明を省略する。

窒化物半導体装置４は、低濃度領域１３Ｂが、下側部分１３Ｂａ及び上側部分１３Ｂｂを有することを特徴とする。下側部分１３Ｂａのｐ型不純物の濃度は、上側部分１３Ｂｂのｐ型不純物の濃度よりも低い。

下側部分１３Ｂａは、上側部分１３Ｂｂよりも高濃度領域１３Ａ側に配置されており、高濃度領域１３Ａと上側部分１３Ｂｂの間に配置されており、高濃度領域１３Ａと上側部分１３Ｂｂの双方に接触している。下側部分１３Ｂａは、トレンチゲート部３０の角部を覆うように設けられている。下側部分１３Ｂａのｐ型不純物の濃度は、例えば１×１０¹⁵～１×１０¹⁷ｃｍ^-3である。また、下側部分１３Ｂａの深さ方向の厚みは、例えば０．２～２．０μｍである。なお、この物性値は一例であり、下側部分１３Ｂａのｐ型不純物の濃度及び厚みは、適宜に設定可能である。

上側部分１３Ｂｂは、下側部分１３Ｂａよりもソース領域１４側に配置されており、下側部分１３Ｂａとソース領域１４の間に配置されており、下側部分１３Ｂａとソース領域１４の双方に接触している。上側部分１３Ｂｂのｐ型不純物の濃度は、例えば５×１０¹⁵～５×１０¹⁷ｃｍ^-3である。また、上側部分１３Ｂｂの深さ方向の厚みは、例えば０．２～２．０μｍである。なお、この物性値は一例であり、上側部分１３Ｂｂのｐ型不純物の濃度及び厚みは、適宜に設定可能である。

窒化物半導体装置４では、ｐ型不純物の濃度が薄い下側部分１３Ｂａが、トレンチゲート部３０の角部を覆うように設けられているので、チャネル抵抗が低下する。

次に、図７Ａ－図７Ｆを参照し、窒化物半導体装置４の製造方法を説明する。まず、図７Ａに示されるように、ドレイン領域１１とドリフト領域１２と高濃度領域１３Ａと下側部分１３Ｂａと上側部分１３Ｂｂがこの順に積層された窒化物半導体層１０を準備する。窒化物半導体層１０は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を利用して、ｎ型ＧａＮ基板であるドレイン領域１１の表面上からｎ型ＧａＮのドリフト領域１２、ｐ型ＧａＮの高濃度領域１３Ａ、下側部分１３Ｂａ及び上側部分１３Ｂｂを順に結晶成長することにより製造される。

次に、図７Ｂに示されように、窒化物半導体層１０の表面から上側部分１３Ｂｂ、下側部分１３Ｂａ及び高濃度領域１３Ａを貫通してドリフト領域１２に達するトレンチＴＲ３０を形成する。トレンチＴＲ３０は、ドライエッチング、ウェットエッチング等の公知技術を用いて形成することができる。ここで、トレンチＴＲ３０は、第１トレンチの一例である。

次に、図７Ｃに示されるように、有機金属気相成長法を利用して、トレンチＴＲ３０を充填するようにｎ型ＧａＮのエピ層４６を結晶成長する。このエピ層４６のｎ型不純物の濃度は、ドリフト領域１２のｎ型不純物の濃度と等しくなるように調整されている。なお、エピ層４６のｎ型不純物の濃度をドリフト領域１２のｎ型不純物の濃度よりも濃くしてもよい。

次に、図７Ｄに示されるように、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を利用して、窒化物半導体層１０の表面を被膜するエピ層４６を選択的に除去し、低濃度領域１３Ｂを露出させる。

次に、図７Ｅに示されるように、イオン注入技術及び活性化アニール技術を利用して、窒化物半導体層１０の表面に露出するエピ層４６及び上側部分１３Ｂｂの一部にｎ型不純物を導入し、ソース領域１４を形成する。ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が用いられる。ソース領域１４は、エピ層４６の周囲に存在する上側部分１３Ｂｂの一部にｎ型不純物を導入して形成される。なお、ソース領域１４は、ドリフト領域１２及びボディ領域１３を結晶成長するときに、ボディ領域１３の表面上に結晶成長させたｎ型エピ層を利用して形成してもよい。

次に、図７Ｆに示されように、窒化物半導体層１０の表面からソース領域１４及び上側部分１３Ｂｂを貫通するとともに、下側部分１３Ｂａよりも浅いトレンチＴＲ３１を形成する。トレンチＴＲ３１は、エピ層４６を含むとともに、そのエピ層４６の周囲に存在する上側部分１３Ｂｂの一部及び下側部分１３Ｂａの一部をエッチングして形成される。トレンチＴＲ３１の下方に残存するエピ層４６は、突出領域１２ａとなる。トレンチＴＲ３１は、ドライエッチング、ウェットエッチング等の公知技術を用いて形成することができる。ここで、トレンチＴＲ３１は、第２トレンチの一例である。

次に、トレンチＴＲ３１内にゲート絶縁膜３４及びゲート電極３２を形成する。ゲート絶縁膜３４は、プラズマＣＶＤ，ＬＰ－ＣＶＤ（Low Pressure CVD），ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等の公知技術を用いて形成することができる。その後、窒化物半導体層１０の裏面にドレイン電極２２を形成し、窒化物半導体層１０の表面にソース電極２４形成することにより、図６に示す窒化物半導体装置３が完成する。

上記実施形態の製造方法ではいずれも、ボディ領域（高濃度領域、低濃度領域、下側部分及び上側部分を含む）が結晶成長技術を利用して形成されている。イオン注入技術を利用してｐ型の窒化物の半導体領域を形成することが困難であることが知られている。したがって、上記で説明した製造方法は、ｐ型のボディ領域を備えた窒化物半導体装置を製造するのに適した方法である。

以上、本発明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。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上記実施形態では、ＭＯＳＦＥＴを例示したが、特許請求の範囲に記載の技術は、トレンチゲート部を備える他の種類の半導体装置、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）にも適用可能である。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、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、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数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。

１：窒化物半導体装置
１０：窒化物半導体層
１１：ドレイン領域
１２：ドリフト領域
１２ａ：突出領域
１３：ボディ領域
１３Ａ：高濃度領域
１３Ｂ：低濃度領域
１３Ｂａ：下側部分
１３Ｂｂ：上側部分
１４：ソース領域
２２：ドレイン電極
２４：ソース電極
３０：トレンチゲート部
３２：ゲート電極
３４：ゲート絶縁膜

Claims (8)

1. 窒化物半導体層と、
   前記窒化物半導体層の表面から裏面に向けて伸びているトレンチゲート部と、を備えており、
   前記窒化物半導体層は、
   第１導電型の第１半導体領域と、
   前記第１半導体領域から突出して前記トレンチゲート部の底面の中央部に接する第１導電型の突出領域と、
   前記第１半導体領域の上方に設けられており、前記トレンチゲート部の角部を覆うとともに前記トレンチゲート部の側面に対向している第２導電型の第２半導体領域と、
   前記第２半導体領域の上方に設けられているとともに前記第２半導体領域によって前記第１半導体領域から隔てられており、前記トレンチゲート部の側面に対向している第１導電型の第３半導体領域と、を有しており、
   前記第２半導体領域は、
   前記第１半導体領域側に配置されている高濃度領域と、
   前記第３半導体領域側に配置されている低濃度領域と、を有しており、
   前記高濃度領域の不純物濃度が前記低濃度領域の不純物濃度よりも濃く、
   前記低濃度領域は、前記トレンチゲート部の前記角部を覆うように設けられており、
   前記高濃度領域は、前記トレンチゲート部の下方において、前記低濃度領域よりも前記トレンチゲート部の前記底面の前記中央部側に向けて突出している、窒化物半導体装置。
2. 前記低濃度領域は、
   前記第１半導体領域側に配置されている下側部分と、
   前記第３半導体領域側に配置されている上側部分と、を有しており、
   前記下側部分の不純物濃度が前記上側部分の不純物濃度よりも薄く、
   前記下側部分は、前記トレンチゲート部の前記角部を覆うように設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
3. 前記突出領域の不純物濃度は、前記第１半導体領域の不純物濃度よりも濃い、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
4. 窒化物半導体装置の製造方法であって、
   第１導電型の第１半導体領域と、その第１半導体領域の上方に設けられている第２導電型の第２半導体領域と、を有する窒化物半導体層を用意する工程であって、前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域側に配置されている高濃度領域と、その高濃度領域の上方に配置されている低濃度領域と、を有しており、前記高濃度領域の不純物濃度が前記低濃度領域の不純物濃度よりも濃い、窒化物半導体層を用意する工程と、
   前記窒化物半導体層の表面から前記第２半導体領域を貫通して前記第１半導体領域に達する第１トレンチを形成する第１トレンチ形成工程と、
   前記第１トレンチを充填するように第１導電型のエピ層を結晶成長する結晶成長工程と、
   前記窒化物半導体層の前記表面から前記第２半導体領域よりも浅い第２トレンチを形成する第２トレンチ形成工程であって、前記第２トレンチは、前記第１トレンチに充填されている前記エピ層を含む範囲に形成され、これにより、前記第２トレンチの下方に前記エピ層の一部を残存させる、第２トレンチ形成工程と、
   前記第２トレンチ内にトレンチゲート部を形成するトレンチゲート部形成工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
5. 前記第２トレンチは、前記第２半導体領域の前記低濃度領域よりも浅い、請求項４に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
6. 前記第１トレンチ形成工程は、
   前記窒化物半導体層の前記表面から前記第２半導体領域の前記低濃度領域を貫通して前記高濃度領域に達する幅広トレンチを形成する工程と、
   前記幅広トレンチの底面から前記高濃度領域を貫通して前記第１半導体領域に達する幅狭トレンチを形成する工程と、を有する、請求項５に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
7. 前記低濃度領域は、
   前記第１半導体領域側に配置されている下側部分と、
   前記下側部分よりも上方に配置されている上側部分と、を有しており、
   前記下側部分の不純物濃度が前記上側部分の不純物濃度よりも薄く、
   前記第２トレンチは、前記上側部分を貫通して前記下側部分に達する、請求項５又は６に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
8. 前記エピ層の不純物濃度は、前記第１半導体領域の不純物濃度よりも濃い、請求項４～７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
   

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