JP7103920B2 - Manufacturing method of switching element - Google Patents
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Description
本明細書に開示の技術は、スイッチング素子の製造方法に関する。 The techniques disclosed herein relate to methods of manufacturing switching devices.
特許文献1には、トレンチゲート型のスイッチング素子が開示されている。このスイッチング素子は、ボディ層から下側(ドリフト層側)に向かって突出するp型の電界緩和層を有している。電界緩和層は、電界緩和層とトレンチの間に間隔が存在するように設けられている。電界緩和層を設けることで、トレンチ内のゲート絶縁膜に加わる電界を緩和し、スイッチング素子の耐圧を向上させることができる。 Patent Document 1 discloses a trench gate type switching element. This switching element has a p-type electric field relaxation layer that projects downward (drift layer side) from the body layer. The electric field relaxation layer is provided so that there is a gap between the electric field relaxation layer and the trench. By providing the electric field relaxation layer, the electric field applied to the gate insulating film in the trench can be relaxed and the withstand voltage of the switching element can be improved.
特許文献1のスイッチング素子では、各半導体層がSiC(炭化シリコン)により構成されている。電界緩和層は、SiCにより構成されたドリフト層にp型不純物をイオン注入することによって形成される。 In the switching element of Patent Document 1, each semiconductor layer is made of SiC (silicon carbide). The electric field relaxation layer is formed by ion-implanting a p-type impurity into a drift layer made of SiC.
近年では、GaN(窒化ガリウム)系半導体により構成されたスイッチング素子の開発が進んでいる。なお、GaN系半導体とは、ガリウムと窒素の化合物を主材料とする半導体である。GaN系半導体には、GaN、AlGaN、AlInGaN等が含まれる。GaN系半導体のp型層をイオン注入によって形成することは極めて難しく、GaN系半導体のp型層はエピタキシャル成長によって形成するのが一般的である。このため、GaN系半導体を有するスイッチング素子において電界緩和層を設ける場合には、特許文献1のような工程(すなわち、p型不純物のイオン注入によって電界緩和層を形成する工程)を採用することは困難である。したがって、本明細書では、GaN系半導体を有するスイッチング素子において、電界緩和層を形成する技術を提案する。 In recent years, the development of switching elements composed of GaN (gallium nitride) -based semiconductors has been progressing. The GaN-based semiconductor is a semiconductor whose main material is a compound of gallium and nitrogen. The GaN-based semiconductor includes GaN, AlGaN, AlInGaN and the like. It is extremely difficult to form the p-type layer of a GaN-based semiconductor by ion implantation, and the p-type layer of a GaN-based semiconductor is generally formed by epitaxial growth. Therefore, when providing an electric field relaxation layer in a switching element having a GaN-based semiconductor, it is possible to adopt a process as in Patent Document 1 (that is, a step of forming an electric field relaxation layer by ion implantation of p-type impurities). Have difficulty. Therefore, this specification proposes a technique for forming an electric field relaxation layer in a switching element having a GaN-based semiconductor.
本明細書が開示するスイッチング素子の製造方法は、中間半導体層成長工程と、窓部半導体層形成工程と、ボディ層成長工程と、トレンチ形成工程と、ゲート形成工程と、ソース層形成工程を有する。前記中間半導体層成長工程では、GaN系半導体によって構成されたn型のドリフト層上に、GaN系半導体によって構成されたp型の中間半導体層をエピタキシャル成長させる。前記窓部半導体層形成工程では、前記中間半導体層の表面の一部にn型不純物を注入することによって前記中間半導体層内に前記中間半導体層の前記表面から裏面まで分布するn型の窓部半導体層を形成するとともに、前記中間半導体層内に前記中間半導体層の前記表面から前記裏面まで分布するp型の電界緩和層を残存させる。前記ボディ層成長工程では、前記窓部半導体層及び前記電界緩和層上にp型のボディ層をエピタキシャル成長させる。前記トレンチ形成工程では、前記ボディ層を貫通し、底面が前記窓部半導体層内に位置するトレンチを形成する。前記ゲート形成工程では、前記トレンチ内に、ゲート絶縁膜とゲート電極を形成する。前記ソース層形成工程では、前記ボディ層によって前記窓部半導体層から分離されており、前記ゲート絶縁膜に接するn型のソース層を形成する。 The method for manufacturing a switching element disclosed in the present specification includes an intermediate semiconductor layer growing step, a window semiconductor layer forming step, a body layer growing step, a trench forming step, a gate forming step, and a source layer forming step. .. In the intermediate semiconductor layer growth step, a p-type intermediate semiconductor layer composed of a GaN-based semiconductor is epitaxially grown on an n-type drift layer composed of a GaN-based semiconductor. In the window semiconductor layer forming step, an n-type window portion is distributed from the front surface to the back surface of the intermediate semiconductor layer in the intermediate semiconductor layer by injecting an n-type impurity into a part of the surface surface of the intermediate semiconductor layer. Along with forming the semiconductor layer, a p-type electric field relaxation layer distributed from the front surface to the back surface of the intermediate semiconductor layer remains in the intermediate semiconductor layer. In the body layer growth step, a p-type body layer is epitaxially grown on the window semiconductor layer and the electric field relaxation layer. In the trench forming step, a trench is formed so as to penetrate the body layer and the bottom surface is located in the window semiconductor layer. In the gate forming step, a gate insulating film and a gate electrode are formed in the trench. In the source layer forming step, an n-type source layer that is separated from the window semiconductor layer by the body layer and is in contact with the gate insulating film is formed.
なお、ソース層形成工程は、ボディ層を形成した後であればいつ行ってもよい。例えば、ソース層は、ゲート絶縁膜より先に形成されてもよいし、ゲート絶縁膜より後に形成されてもよい。すなわち、ソース層とゲート絶縁膜の両方が形成されたときにソース層がゲート絶縁膜に接していれば、ソース層とゲート絶縁膜の何れが先に形成されてもよい。 The source layer forming step may be performed at any time after the body layer is formed. For example, the source layer may be formed before the gate insulating film or after the gate insulating film. That is, as long as the source layer is in contact with the gate insulating film when both the source layer and the gate insulating film are formed, either the source layer or the gate insulating film may be formed first.
この製造方法では、p型の中間半導体層をエピタキシャル成長させ、その中間半導体層にn型不純物を注入することでn型の窓部半導体層を形成する。中間半導体層のうちの窓部半導体層にならなかった部分(すなわち、n型化しなかった部分)が、電界緩和層となる。すなわち、エピタキシャル成長させたp型の中間半導体層が電界緩和層となる。その後、窓部半導体層と電界緩和層上にp型のボディ層をエピタキシャル成長させ、ボディ層を貫通するとともに底面が窓部半導体層内に位置するトレンチを形成し、トレンチ内にゲート絶縁膜とゲート電極を形成する。このように各工程を実施することで、電界緩和層がボディ層から下側(ドリフト層側)に突出しており、トレンチ(ゲート絶縁膜)と電界緩和層の間に間隔が設けられた構造が得られる。したがって、電界緩和層によって、ゲート絶縁膜に加わる電界を緩和することができる。このように、この製造方法によれば、GaN系半導体により構成されたp型の電界緩和層をエピタキシャル成長により形成することができる。 In this manufacturing method, a p-type intermediate semiconductor layer is epitaxially grown, and an n-type impurity is injected into the intermediate semiconductor layer to form an n-type window semiconductor layer. The portion of the intermediate semiconductor layer that does not become the window semiconductor layer (that is, the portion that does not become n-type) becomes the electric field relaxation layer. That is, the epitaxially grown p-type intermediate semiconductor layer becomes the electric field relaxation layer. After that, a p-type body layer is epitaxially grown on the window semiconductor layer and the electric field relaxation layer to penetrate the body layer and form a trench whose bottom surface is located in the window semiconductor layer, and a gate insulating film and a gate are formed in the trench. Form an electrode. By carrying out each step in this way, the electric field relaxation layer protrudes from the body layer to the lower side (drift layer side), and a structure in which a space is provided between the trench (gate insulating film) and the electric field relaxation layer is formed. can get. Therefore, the electric field relaxation layer can relax the electric field applied to the gate insulating film. As described above, according to this manufacturing method, a p-type electric field relaxation layer made of a GaN-based semiconductor can be formed by epitaxial growth.
図1に示す実施例1のスイッチング素子10は、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)である。スイッチング素子10は、GaNにより構成された半導体基板12を有している。半導体基板12の表面(上面)12aには、トレンチ20が形成されている。トレンチ20内に、ゲート絶縁膜22とゲート電極24が配置されている。ゲート絶縁膜22は、トレンチ20の内面を覆っている。ゲート電極24は、ゲート絶縁膜22によって半導体基板12から絶縁されている。ゲート電極24の表面は、層間絶縁膜26によって覆われている。半導体基板12の表面12aに、ソース電極30が配置されている。ソース電極30は、層間絶縁膜26によってゲート電極24から絶縁されている。半導体基板12の裏面(下面)12bに、ドレイン電極32が配置されている。
The
半導体基板12は、ソース層40、ボディコンタクト層41、ボディ層42、電界緩和層44、窓部半導体層46、高濃度層48、ドリフト層50、及び、ドレイン層52を有している。
The
ソース層40は、n型層であり、ソース電極30に接している。ソース層40は、トレンチ20の上端でゲート絶縁膜22に接している。
The
ボディコンタクト層41は、ボディ層42よりもp型不純物濃度が高いp型層である。ボディコンタクト層41は、ソース層40の隣でソース電極30に接している。
The
ボディ層42は、p型層であり、ソース層40とボディコンタクト層41の下側に配置されている。ボディ層42は、ソース層40の下側でゲート絶縁膜22に接している。ボディ層42によって、ソース層40は、窓部半導体層46、高濃度層48、ドリフト層50、及び、ドレイン層52から分離されている。
The
電界緩和層44は、ボディ層42の裏面から下側に突出するp型層である。電界緩和層44とトレンチ20(すなわち、ゲート絶縁膜22)の間には間隔が設けられている。
The electric
窓部半導体層46は、n型層であり、2つの電界緩和層44の間に配置されている。窓部半導体層46は、電界緩和層44とトレンチ20の間に配置されている。窓部半導体層46は、ボディ層42の下側でゲート絶縁膜22に接している。窓部半導体層46は、トレンチ20の側面及び底面でゲート絶縁膜22に接している。
The
高濃度層48は、n型層であり、窓部半導体層46の直下に配置されている。高濃度層48は、窓部半導体層46及びドリフト層50よりも高いn型不純物濃度を有している。
The high-
ドリフト層50は、n型層であり、高濃度層48及び電界緩和層44の下側に配置されている。
The
ドレイン層52は、n型層であり、ドリフト層50の下側に配置されている。ドレイン層52は、ドリフト層50よりも高いn型不純物濃度を有している。ドレイン層52は、ドレイン電極32に接している。
The
スイッチング素子10の使用時には、ドレイン電極32にソース電極30よりも高い電位が印加される。ゲート電極24の電位をゲート閾値以上まで上昇させると、ゲート絶縁膜22近傍のボディ層42にチャネルが形成され、チャネルによってソース層40が窓部半導体層46に接続される。すると、ソース電極30から、ソース層40、チャネル、窓部半導体層46、高濃度層48、ドリフト層50、及び、ドレイン層52を介して、ドレイン電極32へ電子が流れる。すなわち、スイッチング素子10がオンする。窓部半導体層46の下部にn型不純物濃度が高い高濃度層48が設けられていることで、電子が流れる経路の抵抗の低減が図られている。したがって、このスイッチング素子10は低いオン抵抗を有している。
When the switching
ゲート電極24の電位をゲート閾値未満まで低下させると、チャネルが消失し、スイッチング素子10がオフする。スイッチング素子10がオフすると、ボディ層42から窓部半導体層46及びドリフト層50へ空乏層が広がる。また、ボディ層42と一体となっている電界緩和層44からも窓部半導体層46及びドリフト層50へ空乏層が広がる。窓部半導体層46とドリフト層50に広がった空乏層によって、ボディ層42とドレイン層52の間の電位差が保持される。このスイッチング素子10では、電界緩和層44がトレンチ20の底部の側方に配置されている。このため、スイッチング素子10がオフすると、電界緩和層44から窓部半導体層46へ瞬時に空乏層が広がり、トレンチ20の底部近傍のゲート絶縁膜22に電界が集中することが抑制される。すなわち、電界緩和層44によって、トレンチ20の底部近傍に生じる電界が緩和される。このため、このスイッチング素子10は、高い耐圧を有している。
When the potential of the
次に、スイッチング素子10の製造方法について説明する。スイッチング素子10は、GaNにより構成されたドレイン層52を有する半導体ウエハから製造される。まず、図2に示すように、ドレイン層52上にGaNにより構成されたn型のドリフト層50をエピタキシャル成長させる。ここでは、厚さが約4.9μmであり、n型不純物濃度が約2×1016/cm3であるドリフト層50を形成する。次に、ドリフト層50上に、GaNにより構成されたp型の中間半導体層54をエピタキシャル成長させる。ここでは、厚さが約1.1μmであり、p型不純物濃度が約5×1017/cm3である中間半導体層54を形成する。
Next, a method of manufacturing the switching
次に、図3に示すように、中間半導体層54の表面にマスク60を形成し、マスク60に開口部60aを形成する。そして、開口部60a内の中間半導体層54の表面に、n型不純物(例えば、Si(シリコン))をイオン注入する。ここでは、n型不純物の注入エネルギーを調整することによって、図3の範囲62に示すように、中間半導体層54の表面からドリフト層50に跨る深さ範囲にn型不純物が分布するようにn型不純物を注入する。次に、注入したn型不純物を活性化させる。これによって、範囲62内の中間半導体層54をn型化し、図4に示すように中間半導体層54内にn型の窓部半導体層46を形成する。ここでは、n型不純物濃度が約5.5×1017/cm3である窓部半導体層46を形成する。また、窓部半導体層46の下側には、n型のドリフト層50にn型不純物が注入されることによって、n型不純物濃度が高い高濃度層48が形成される。高濃度層48は、ドリフト層50及び窓部半導体層46よりも高いn型不純物濃度を有する。また、中間半導体層54のうちのn型化しなかった領域は、電界緩和層44となる。
Next, as shown in FIG. 3, a
次に、図5に示すように、中間半導体層54上(すなわち、窓部半導体層46と電界緩和層44の表面上)に、GaNにより構成されたp型のボディ層42をエピタキシャル成長させる。ここでは、厚さが約1.2μmであるボディ層42を形成する。中間半導体層54の表面全体にボディ層42をエピタキシャル成長させることで、ボディ層42から下側(ドリフト層側)に電界緩和層44が突出する構造が得られる。
Next, as shown in FIG. 5, a p-
次に、図6に示すように、ボディ層42の表面に、ボディ層42を貫通して窓部半導体層46に達するトレンチ20を形成する。トレンチ20は、その底面が窓部半導体層46内に位置するように形成される。また、トレンチ20は、電界緩和層44から離れた位置に形成される。したがって、トレンチ20と電界緩和層44の間に間隔が設けられ、その間隔に窓部半導体層46が存在している。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図7に示すように、トレンチ20の内部に、ゲート絶縁膜22とゲート電極24を形成する。次に、ボディ層42にn型不純物とp型不純物を選択的に注入することによって、図1に示すように、ソース層40とボディコンタクト層41を形成する。次に、ゲート電極24の表面に層間絶縁膜26を形成する。さらに、層間絶縁膜26、ソース層40、及び、ボディコンタクト層41の表面を覆うようにソース電極30を形成する。また、ドレイン層52の裏面にドレイン電極32を形成する。以上の工程を実施することで、図1に示すスイッチング素子10が完成する。
Next, as shown in FIG. 7, a
以上に説明したように、この製造方法によれば、エピタキシャル成長によって形成された中間半導体層54のうちのn型化しなかった部分が電界緩和層44となる。すなわち、エピタキシャル成長によって、GaNにより構成されているとともにボディ層42から下側に突出するp型の電界緩和層44を形成することができる。
As described above, according to this manufacturing method, the non-n-shaped portion of the
また、この製造方法によれば、窓部半導体層46の下部にn型不純物濃度が高い高濃度層48を形成できるので、スイッチング素子10のオン抵抗を低減することができる。また、高濃度層48がトレンチ20に接しない位置に形成されるので、電界緩和層44から伸びる空乏層がトレンチ20の底部周辺まで広がり易く、トレンチ20の底部における電界集中を効果的に緩和することができる。
Further, according to this manufacturing method, since the
図8は、実施例2のスイッチング素子100を示している。なお、図8では、図1の各部と共通の機能を有する部分に、図1と同じ参照符号を付している。
FIG. 8 shows the switching
図8に示すように、実施例2のスイッチング素子100は、実施例1のスイッチング素子10の電界緩和層44よりも厚い電界緩和層144を有している。また、実施例2のスイッチング素子100は、実施例1のスイッチング素子10の窓部半導体層46よりも厚い窓部半導体層146を有している。実施例2のスイッチング素子100では、電界緩和層144の厚みが厚い(すなわち、電界緩和層144がボディ層42から下側に突出する長さが長い)ので、トレンチ20の底部近傍のゲート絶縁膜22に印加される電界がより緩和される。したがって、実施例2のスイッチング素子100は、実施例1のスイッチング素子10よりもさらに高い耐圧を有している。
As shown in FIG. 8, the switching
また、実施例2のスイッチング素子100では、窓部半導体層146の内部に、高濃度層49が設けられている。高濃度層49は、高濃度層49の外部の窓部半導体層146(すなわち、窓部半導体層46、47)及びドリフト層50よりも高いn型不純物濃度を有している。このように、電流経路となる窓部半導体層146内に高濃度層49が存在することで、スイッチング素子100のオン抵抗が低減される。また、高濃度層49をトレンチ20(ゲート絶縁膜22)に接触させないことで、トレンチ20の底部周辺に空乏層が伸びやすくなり、トレンチ20の底部における電界集中を効果的に緩和することができる。
Further, in the
次に、実施例2のスイッチング素子100の製造方法について説明する。実施例2の製造方法では、図4に示す段階まで、実施例1と同様にして各工程を行う。次に、図9に示すように、中間半導体層54上に、GaNにより構成されたp型の中間半導体層56をエピタキシャル成長させる。中間半導体層56は、中間半導体層54と略同じp型不純物濃度を有している。
Next, a method of manufacturing the
次に、図10に示すように、中間半導体層56の表面にマスク64を形成し、マスク64に開口部64aを形成する。開口部64aは、中間半導体層54内の窓部半導体層46(以下、第1窓部半導体層46という)の上部に形成される。そして、開口部64a内の中間半導体層56の表面に、n型不純物をイオン注入する。ここでは、n型不純物の注入エネルギーを調整することによって、図10の範囲66に示すように、中間半導体層56の表面から第1窓部半導体層46に跨る深さ範囲にn型不純物が分布するようにn型不純物を注入する。次に、注入したn型不純物を活性化させる。これによって、範囲66内の中間半導体層56をn型化し、図11に示すように中間半導体層56内にn型の第2窓部半導体層47を形成する。また、第2窓部半導体層47の直下には、n型の第1窓部半導体層46にさらにn型不純物が注入されることによって、n型不純物濃度が高い高濃度層49が形成される。第1窓部半導体層46、高濃度層49、及び、第2窓部半導体層47によって、窓部半導体層146が形成される。また、中間半導体層56のうちのn型化しなかった領域は、第2電界緩和層45である。第2電界緩和層45は、中間半導体層54内の電界緩和層44(以下、第1電界緩和層44という)と一体化する。第1電界緩和層44と第2電界緩和層45によって、電界緩和層144が形成される。
Next, as shown in FIG. 10, a
その後、実施例1の製造方法と同様にして、トレンチ20、ゲート絶縁膜22、ゲート電極24、ソース層40、ボディコンタクト層41、層間絶縁膜26、ソース電極30、及び、ドレイン電極32を形成することで、図8に示す実施例2のスイッチング素子100が得られる。
After that, the
以上に説明したように、中間半導体層のエピタキシャル成長と中間半導体層へのn型不純物の注入を繰り返すことで、厚みが厚い電界緩和層144を形成することができる。これによって、スイッチング素子100の耐圧をより向上させることができる。なお、中間半導体層のエピタキシャル成長と中間半導体層へのn型不純物の注入を3回以上繰り返してもよい。
As described above, the thick electric
以上に説明したように、実施例1、2の製造方法によれば、p型不純物のイオン注入を行うことなく、エピタキシャル成長とn型不純物のイオン注入によって各半導体層を形成することができる。エピタキシャル成長とn型不純物のイオン注入は、GaN系半導体に対して好適に実施することができる。したがって、実施例1、2の製造方法によれば、スイッチング素子を好適に製造することができる。 As described above, according to the production methods of Examples 1 and 2, each semiconductor layer can be formed by epitaxial growth and ion implantation of n-type impurities without performing ion implantation of p-type impurities. Epitaxial growth and ion implantation of n-type impurities can be suitably performed on GaN-based semiconductors. Therefore, according to the manufacturing methods of Examples 1 and 2, the switching element can be suitably manufactured.
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。 The technical elements disclosed herein are listed below. The following technical elements are useful independently.
本明細書が開示する一例の製造方法においては、窓部半導体層を形成する工程では、中間半導体層からドリフト層に跨る範囲にn型不純物を注入することによって、窓部半導体層の下部に窓部半導体層及びドリフト層よりもn型不純物濃度が高い高濃度層を形成してもよい。 In the manufacturing method of the example disclosed in the present specification, in the step of forming the window semiconductor layer, an n-type impurity is injected in the range extending from the intermediate semiconductor layer to the drift layer to form a window under the window semiconductor layer. A high-concentration layer having a higher n-type impurity concentration than the partial semiconductor layer and the drift layer may be formed.
この構成によれば、スイッチング素子のオン抵抗を低減することができる。 According to this configuration, the on-resistance of the switching element can be reduced.
本明細書が開示する一例の製造方法においては、中間半導体層をエピタキシャル成長させる工程と窓部半導体層を形成する工程が、ドリフト層上にGaN系半導体によって構成されたp型の第1中間半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、第1中間半導体層の表面の一部にn型不純物を注入することによって第1中間半導体層内に第1中間半導体層の表面から裏面まで分布するn型の第1窓部半導体層を形成する工程と、第1中間半導体層上にGaN系半導体によって構成されたp型の第2中間半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、第2中間半導体層の表面の一部にn型不純物を注入することによって第2中間半導体層内に第2中間半導体層の表面から第1窓部半導体層まで分布するn型の第2窓部半導体層を形成する工程を有していてもよい。 In the manufacturing method of the example disclosed in the present specification, the step of epitaxially growing the intermediate semiconductor layer and the step of forming the window semiconductor layer are p-type first intermediate semiconductor layers composed of GaN-based semiconductors on the drift layer. An n-type first window that is distributed from the front surface to the back surface of the first intermediate semiconductor layer in the first intermediate semiconductor layer by injecting n-type impurities into a part of the surface of the first intermediate semiconductor layer. A step of forming a partial semiconductor layer, a step of epitaxially growing a p-type second intermediate semiconductor layer composed of a GaN-based semiconductor on the first intermediate semiconductor layer, and an n-type on a part of the surface of the second intermediate semiconductor layer. It may have a step of forming an n-type second window semiconductor layer distributed from the surface of the second intermediate semiconductor layer to the first window semiconductor layer in the second intermediate semiconductor layer by injecting an impurity. ..
この構成によれば、厚さが厚い電界緩和層を形成することができ、スイッチング素子の耐圧をより向上させることができる。 According to this configuration, a thick electric field relaxation layer can be formed, and the withstand voltage of the switching element can be further improved.
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.
10 :スイッチング素子
12 :半導体基板
20 :トレンチ
22 :ゲート絶縁膜
24 :ゲート電極
26 :層間絶縁膜
30 :ソース電極
32 :ドレイン電極
40 :ソース層
42 :ボディ層
44 :電界緩和層
46 :窓部半導体層
48 :高濃度層
50 :ドリフト層
52 :ドレイン層
10: Switching element 12: Semiconductor substrate 20: Trench 22: Gate insulating film 24: Gate electrode 26: Interlayer insulating film 30: Source electrode 32: Drain electrode 40: Source layer 42: Body layer 44: Electric field relaxation layer 46: Window Semiconductor layer 48: High concentration layer 50: Drift layer 52: Drain layer
Claims (2)
GaN系半導体によって構成されたn型のドリフト層上に、GaN系半導体によって構成されたp型の中間半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記中間半導体層の表面の一部にn型不純物を注入することによって前記中間半導体層内に前記中間半導体層の前記表面から裏面まで分布するn型の窓部半導体層を形成するとともに、前記中間半導体層内に前記中間半導体層の前記表面から前記裏面まで分布するp型の電界緩和層を残存させる工程と、
前記窓部半導体層及び前記電界緩和層上にp型のボディ層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記ボディ層を貫通し、底面が前記窓部半導体層内に位置するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内に、ゲート絶縁膜とゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の形成前または形成後に、前記ボディ層によって前記窓部半導体層から分離されているn型のソース層を形成する工程、
を有し、
前記ゲート絶縁膜と前記ソース層の形成後に、前記ソース層が前記ゲート絶縁膜に接し、
前記窓部半導体層を形成する前記工程では、前記中間半導体層から前記ドリフト層に跨る範囲にn型不純物を注入することによって、前記窓部半導体層の下部に前記窓部半導体層及び前記ドリフト層よりもn型不純物濃度が高い高濃度層を形成する、製造方法。 It is a manufacturing method of switching elements.
A process of epitaxially growing a p-type intermediate semiconductor layer composed of a GaN-based semiconductor on an n-type drift layer composed of a GaN-based semiconductor.
By injecting an n-type impurity into a part of the surface of the intermediate semiconductor layer, an n-type window semiconductor layer distributed from the front surface to the back surface of the intermediate semiconductor layer is formed in the intermediate semiconductor layer, and the intermediate is formed. A step of leaving a p-type electric field relaxation layer distributed from the front surface to the back surface of the intermediate semiconductor layer in the semiconductor layer, and
A step of epitaxially growing a p-type body layer on the window semiconductor layer and the electric field relaxation layer,
A step of penetrating the body layer and forming a trench whose bottom surface is located in the window semiconductor layer.
A step of forming a gate insulating film and a gate electrode in the trench, and
A step of forming an n-type source layer separated from the window semiconductor layer by the body layer before or after the formation of the gate insulating film .
Have,
After the gate insulating film and the source layer are formed, the source layer comes into contact with the gate insulating film.
In the step of forming the window semiconductor layer, the window semiconductor layer and the drift layer are formed below the window semiconductor layer by injecting an n-type impurity into the range extending from the intermediate semiconductor layer to the drift layer. A production method for forming a high-concentration layer having a higher n-type impurity concentration than .
GaN系半導体によって構成されたn型のドリフト層上に、GaN系半導体によって構成されたp型の中間半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記中間半導体層の表面の一部にn型不純物を注入することによって前記中間半導体層内に前記中間半導体層の前記表面から裏面まで分布するn型の窓部半導体層を形成するとともに、前記中間半導体層内に前記中間半導体層の前記表面から前記裏面まで分布するp型の電界緩和層を残存させる工程と、
前記窓部半導体層及び前記電界緩和層上にp型のボディ層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記ボディ層を貫通し、底面が前記窓部半導体層内に位置するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内に、ゲート絶縁膜とゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の形成前または形成後に、前記ボディ層によって前記窓部半導体層から分離されているn型のソース層を形成する工程、
を有し、
前記ゲート絶縁膜と前記ソース層の形成後に、前記ソース層が前記ゲート絶縁膜に接し、
前記中間半導体層をエピタキシャル成長させる前記工程と前記窓部半導体層を形成する前記工程が、
前記ドリフト層上にGaN系半導体によって構成されたp型の第1中間半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第1中間半導体層の表面の一部にn型不純物を注入することによって前記第1中間半導体層内に前記第1中間半導体層の前記表面から裏面まで分布するn型の第1窓部半導体層を形成する工程と、
前記第1中間半導体層上にGaN系半導体によって構成されたp型の第2中間半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第2中間半導体層の表面の一部にn型不純物を注入することによって前記第2中間半導体層内に前記第2中間半導体層の前記表面から前記第1窓部半導体層まで分布するn型の第2窓部半導体層を形成する工程、
を有する製造方法。 It is a manufacturing method of switching elements.
A process of epitaxially growing a p-type intermediate semiconductor layer composed of a GaN-based semiconductor on an n-type drift layer composed of a GaN-based semiconductor.
By injecting an n-type impurity into a part of the surface of the intermediate semiconductor layer, an n-type window semiconductor layer distributed from the front surface to the back surface of the intermediate semiconductor layer is formed in the intermediate semiconductor layer, and the intermediate is formed. A step of leaving a p-type electric field relaxation layer distributed from the front surface to the back surface of the intermediate semiconductor layer in the semiconductor layer, and
A step of epitaxially growing a p-type body layer on the window semiconductor layer and the electric field relaxation layer,
A step of penetrating the body layer and forming a trench whose bottom surface is located in the window semiconductor layer.
A step of forming a gate insulating film and a gate electrode in the trench, and
A step of forming an n-type source layer separated from the window semiconductor layer by the body layer before or after the formation of the gate insulating film.
Have,
After the gate insulating film and the source layer are formed, the source layer comes into contact with the gate insulating film.
The step of epitaxially growing the intermediate semiconductor layer and the step of forming the window semiconductor layer are
A step of epitaxially growing a p-type first intermediate semiconductor layer composed of a GaN-based semiconductor on the drift layer.
An n-type first window semiconductor that is distributed from the front surface to the back surface of the first intermediate semiconductor layer in the first intermediate semiconductor layer by injecting an n-type impurity into a part of the surface of the first intermediate semiconductor layer. The process of forming layers and
A step of epitaxially growing a p-type second intermediate semiconductor layer composed of a GaN-based semiconductor on the first intermediate semiconductor layer,
By injecting an n-type impurity into a part of the surface of the second intermediate semiconductor layer, the n-type is distributed in the second intermediate semiconductor layer from the surface of the second intermediate semiconductor layer to the first window semiconductor layer. The process of forming the second window semiconductor layer of
Manufacturing method having .
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