JP2009246205A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor device and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009246205A JP2009246205A JP2008092345A JP2008092345A JP2009246205A JP 2009246205 A JP2009246205 A JP 2009246205A JP 2008092345 A JP2008092345 A JP 2008092345A JP 2008092345 A JP2008092345 A JP 2008092345A JP 2009246205 A JP2009246205 A JP 2009246205A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- semiconductor layer
- semiconductor
- semiconductor device
- type
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
【課題】耐圧特性と電流増幅特性とに優れた半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】電界緩和領域として機能するRESURF領域110を備えたRESURF−MOSFET100において、RESURF領域110と、ソース用コンタクトとして機能するn+型コンタクト領域104sと、ドレイン用コンタクトとして機能するn+型コンタクト領域104dとのうち少なくとも1つに、n型の導電性を有する原子と窒素原子とを不純物として含ませる。
【選択図】 図1A semiconductor device having excellent withstand voltage characteristics and current amplification characteristics and a method for manufacturing the semiconductor device are provided.
In RESURF-MOSFET 100 having a RESURF region 110 functioning as A field limiting region, a RESURF region 110, and the n + -type contact region 104s which functions as a contact for the source, n + -type contact which functions as a drain contact At least one of the regions 104d includes an atom having n-type conductivity and a nitrogen atom as impurities.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、ノーマリーオフ型のIII族窒化物半導体を用いた半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a normally-off group III nitride semiconductor and a method for manufacturing the semiconductor device.
III族窒化物半導体に代表される化合物系ワイドバンドギャップ半導体は、高い絶縁破壊電圧、飽和キャリア移動度、熱伝導度など、現在半導体材料として主流であるシリコンと比べて優れた特性を持つことから、高温環境下、ハイパワーあるいは高周波用の半導体デバイスの材料として注目されている。また、例えばIII族窒化物半導体を用いた半導体デバイスであるAlGaN/GaN系ヘテロ接合電界効果トランジスタ(HFET:Heterojunction Field Effect Transistor)は、ピエゾ電界によって発生する、ヘテロ構造の界面の2次元電子ガスによって高いキャリア密度と電子移動度とを持つことが知られている。このHFETは、低いオン抵抗や高速スイッチング特性、高温動作可能といった特徴を有するため、ハイパワースイッチング素子としての応用が期待されている。 Compound-based wide bandgap semiconductors typified by Group III nitride semiconductors have superior characteristics compared to silicon, which is currently the mainstream semiconductor material, such as high breakdown voltage, saturated carrier mobility, and thermal conductivity. It is attracting attention as a material for high-power or high-frequency semiconductor devices in a high-temperature environment. In addition, for example, an AlGaN / GaN heterojunction field effect transistor (HFET), which is a semiconductor device using a group III nitride semiconductor, is generated by a two-dimensional electron gas at a heterostructure interface generated by a piezo electric field. It is known to have a high carrier density and electron mobility. Since this HFET has characteristics such as low on-resistance, high-speed switching characteristics, and high-temperature operation, application as a high-power switching element is expected.
通常のAlGaN/GaN系HFETは、ゲートに電圧が印加されていなくとも電流が流れ、ゲートに負の電圧を印加することで電流が遮断される、いわゆるノーマリーオン型のデバイスとして構成される。しかし、パワースイッチング素子においては、デバイスが壊れたときの安全性を確保するために、ゲートに電圧が印加されていないときには電流が流れず、ゲートに正の電圧が印加されることによって電流が流れる、いわゆるノーマリーオフ型のデバイスとしてトランジスタを構成することが要求される。 A normal AlGaN / GaN HFET is configured as a so-called normally-on type device in which a current flows even when no voltage is applied to the gate, and the current is interrupted by applying a negative voltage to the gate. However, in the power switching element, in order to ensure safety when the device is broken, current does not flow when no voltage is applied to the gate, and current flows by applying a positive voltage to the gate. Therefore, it is required to configure a transistor as a so-called normally-off type device.
ノーマリーオフ型のトランジスタとしては、MOS(Metal Oxide Semiconductor)FETが存在する。また、MOSFETの耐圧特性を向上させるために、ドレイン−ゲート間に電界緩和領域を配置した構成が知られている(例えば非特許文献1参照)。この電界緩和領域は、RESURF(Reduced SURface Field)とも呼ばれ、ゲートにバイアス電圧が印加されていない状態(オフ状態)でドレイン電圧が上昇した際に生じるにゲート近傍の電界集中を緩和する役割を持つ。このため、RESURF領域が形成されたMOSFET(以下、RESURF−MOSFETという)は、絶縁破壊し難く、高い耐圧特性が得られる。 As a normally-off type transistor, there is a MOS (Metal Oxide Semiconductor) FET. In addition, in order to improve the breakdown voltage characteristics of the MOSFET, a configuration in which an electric field relaxation region is arranged between the drain and the gate is known (for example, see Non-Patent Document 1). This electric field relaxation region is also called RESURF (Reduced SURface Field) and plays a role of relaxing electric field concentration in the vicinity of the gate that occurs when the drain voltage rises when a bias voltage is not applied to the gate (off state). Have. For this reason, the MOSFET in which the RESURF region is formed (hereinafter referred to as RESURF-MOSFET) is difficult to break down, and high breakdown voltage characteristics can be obtained.
しかしながら、従来のRESURF−MOSFETは、ソース−ドレイン間の抵抗がきわめて高く、十分な電流増幅ができないため、大きなドレイン電流が得られないという問題が存在した。また、このような問題を回避するために、例えばソース−ドレイン間のシートキャリア濃度を高くすると、ゲート近傍に生じる電界集中を十分に緩和できず、耐圧特性が低下してしまうという問題が発生する。 However, the conventional RESURF-MOSFET has a problem that a large drain current cannot be obtained because the resistance between the source and the drain is extremely high and sufficient current amplification cannot be performed. Further, in order to avoid such a problem, for example, when the sheet carrier concentration between the source and the drain is increased, the electric field concentration generated in the vicinity of the gate cannot be sufficiently relaxed, and the breakdown voltage characteristic is deteriorated. .
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、耐圧特性と電流増幅特性とに優れた半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device excellent in breakdown voltage characteristics and current amplification characteristics and a method for manufacturing the semiconductor device.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明による半導体装置は、チャネル形成領域と、チャネル長方向において前記チャネル形成領域と接する領域に形成された第1ドープ領域と、上面において前記チャネル形成領域および前記第1ドープ領域を挟む2つの領域に形成され、前記第1ドープ領域よりも不純物濃度が高い第2ドープ領域とを有し、III族窒化物半導体よりなる半導体層と、前記チャネル形成領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有し、前記第1ドープ領域および/または前記第2ドープ領域がn型の導電性を有する原子と窒素原子とをドーパントとして含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to the present invention includes a channel formation region, a first doped region formed in a region in contact with the channel formation region in the channel length direction, and the upper surface on the upper side. A semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor, having a second doped region formed in two regions sandwiching a channel forming region and the first doped region, and having a higher impurity concentration than the first doped region; An atom having an insulating film formed on the channel formation region and a gate electrode formed on the insulating film, wherein the first doped region and / or the second doped region has n-type conductivity. And nitrogen atoms as dopants.
また、上記した本発明による半導体装置は、前記チャネル形成領域がp型の導電性を有し、前記第2ドープ領域がn型の導電性を有することを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, the channel formation region has p-type conductivity, and the second doped region has n-type conductivity.
また、上記した本発明による半導体装置は、前記半導体層が、p型の導電性を有するIII族窒化物半導体よりなる第1半導体層と、該第1半導体層上の一部に形成された前記n型の導電性を有するIII族窒化物半導体よりなる第2半導体層とを有し、前記第2ドープ領域のうち一方が前記第1半導体層に形成され、他方が前記第2半導体層に形成されており、前記第1ドープ領域が前記第2半導体層に形成されていることを特徴とする。 In the above-described semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer is formed on the first semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor having p-type conductivity, and on a part of the first semiconductor layer. a second semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor having n-type conductivity, and one of the second doped regions is formed in the first semiconductor layer and the other is formed in the second semiconductor layer. The first doped region is formed in the second semiconductor layer.
また、上記した本発明による半導体装置は、前記III族窒化物半導体が、GaN、AlGaN、BGaN、BAlN、InGaN、AlNおよびInNのいずれかであることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, the group III nitride semiconductor is any one of GaN, AlGaN, BGaN, BAlN, InGaN, AlN, and InN.
また、上記した本発明による半導体装置は、前記n型の導電性を有する原子が、Si、Ge、Se、S、OまたはTeであることを特徴とする。 Further, the semiconductor device according to the present invention is characterized in that the n-type conductive atom is Si, Ge, Se, S, O, or Te.
また、上記した本発明による半導体装置は、前記第1ドープ領域のシートキャリア濃度が5×1013/cm2以下であることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, the sheet carrier concentration in the first doped region is 5 × 10 13 / cm 2 or less.
また、上記した本発明による半導体装置は、前記第1ドープ領域における前記n型の導電性を有する原子に対する前記窒素原子の比率が0.5以上3以下であることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, the ratio of the nitrogen atom to the n-type conductive atom in the first doped region is 0.5 or more and 3 or less.
また、上記した本発明による半導体装置は、前記第2ドープ領域の前記半導体層上面からの深さが30nm以上100nm以下であることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, the depth of the second doped region from the upper surface of the semiconductor layer is not less than 30 nm and not more than 100 nm.
また、本発明による半導体装置の製造方法は、III族窒化物半導体よりなる半導体層を備えた基板を準備する準備工程と、前記半導体層における離間した2つの領域である第1および第2領域にn型の導電性を有する不純物を注入する第1注入工程と、前記半導体層における前記第1領域と前記第2領域とに挟まれた領域であって一方の前記第2領域と接する第3領域に、前記第1および第2領域よりも低い不純物濃度となるようにn型の導電性を有する不純物を注入する第2注入工程と、前記第1から第3領域のうち少なくともいずれか1つに窒素原子を注入する第3注入工程と、を有することを特徴とする。 In addition, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a preparation step of preparing a substrate having a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor, and a first region and a second region, which are two separated regions in the semiconductor layer. a first implantation step of implanting an n-type conductivity impurity; and a third region in the semiconductor layer sandwiched between the first region and the second region and in contact with one of the second regions And at least one of the first to third regions, and a second implantation step of implanting an n-type conductivity impurity so as to have an impurity concentration lower than that of the first and second regions. And a third implantation step of implanting nitrogen atoms.
また、上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記半導体層が、前記III族窒化物半導体よりなるp型の導電性を有する第1半導体層と、該第1半導体層上の一部に形成されたn型の導電性を有する第2半導体層とよりなり、前記第1領域が前記第1半導体層の一部の領域であり、前記第2領域が前記第2半導体層の一部の領域であり、前記第3領域が前記第2半導体層の一部の領域であることを特徴とする。 Further, in the above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer includes a p-type conductive first semiconductor layer made of the group III nitride semiconductor, and a part on the first semiconductor layer. And a second semiconductor layer having n-type conductivity formed, wherein the first region is a part of the first semiconductor layer, and the second region is a part of the second semiconductor layer. And the third region is a partial region of the second semiconductor layer.
また、上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記第3領域のシートキャリア濃度が5×1013/cm2以下であることを特徴とする。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, the sheet carrier concentration in the third region is 5 × 10 13 / cm 2 or less.
また、上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記第3領域における前記n型の導電性を有する原子に対する前記窒素原子の比率が0.5以上3以下であることを特徴とする。 Further, the above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the ratio of the nitrogen atom to the n-type conductive atom in the third region is not less than 0.5 and not more than 3.
また、上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記第3領域の前記半導体層上面からの深さが30nm以上100nm以下であることを特徴とする。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, the depth of the third region from the upper surface of the semiconductor layer is not less than 30 nm and not more than 100 nm.
また、本発明による半導体装置の製造方法は、III族窒化物半導体よりなり、p型の導電性を有する第1半導体層を備えた基板を準備する準備工程と、前記第1半導体層上の一部にn型の導電性を有する不純物と窒素原子とがドープされた第2半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記第1半導体層の一部の第1領域と前記第2半導体層の一部の第2領域とにn型の導電性を有する不純物を注入する不純物注入工程と、を有することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device comprising: a preparation step of preparing a substrate comprising a first semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor and having p-type conductivity; A semiconductor layer forming step of forming a second semiconductor layer doped with an n-type conductivity impurity and a nitrogen atom in a portion thereof; a part of the first region of the first semiconductor layer; and the second semiconductor layer And an impurity implantation step of implanting an impurity having n-type conductivity into a part of the second region.
また、上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記第2半導体層のシートキャリア濃度が5×1013/cm2以下であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the sheet carrier concentration of the second semiconductor layer is 5 × 10 13 / cm 2 or less.
また、上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記第2半導体層における前記n型の導電性を有する原子に対する前記窒素原子の比率が0.5以上3以下であることを特徴とする。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the ratio of the nitrogen atom to the n-type conductive atom in the second semiconductor layer is 0.5 or more and 3 or less.
また、上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記III族窒化物半導体が、GaN、AlGaN、BGaN、BAlN、InGaN、AlNおよびInNのいずれかであることを特徴とする。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the group III nitride semiconductor is any one of GaN, AlGaN, BGaN, BAlN, InGaN, AlN, and InN.
また、上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記n型の導電性を有する原子が、Si、Ge、Se、S、OまたはTeであることを特徴とする。 Further, the above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the n-type conductive atom is Si, Ge, Se, S, O, or Te.
上記した本発明によれば、電界緩和領域(第1ドープ領域/第3領域/第2半導体層)を備えた構成において、窒素原子が注入された領域のシートキャリア濃度を低く保ちつつシート抵抗を低減することが可能となるため、結果としてソース−ドレイン間におけるシートキャリア濃度を抑えつつ抵抗値を下げることができる。これにより、耐圧特性と電流増幅特性とに優れた半導体装置および半導体装置の製造方法を実現することが可能となる。 According to the present invention described above, in the configuration including the electric field relaxation region (first doped region / third region / second semiconductor layer), the sheet resistance is reduced while keeping the sheet carrier concentration in the region where nitrogen atoms are implanted low. As a result, the resistance value can be lowered while suppressing the sheet carrier concentration between the source and the drain. As a result, it is possible to realize a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that are excellent in breakdown voltage characteristics and current amplification characteristics.
以下に、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a semiconductor device and a semiconductor device manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、III族窒化物半導体を用いたノーマリーオフ型の半導体装置としてRESURF−MOSFET100を例に挙げる。図1は、RESURF−MOSFET100の概略構成を示す断面図である。なお、図1では、基板と垂直であってゲート長方向と平行な面でRESURF−MOSFET100を切断した際の概略構成を示す。
(Embodiment 1)
First,
図1に示すように、RESURF−MOSFET100は、シリコン基板などの基板101上に形成されたにバッファ層102およびp型半導体層103を有する。p型半導体層103の上層部分における離間した2つの領域には、それぞれソース用コンタクトとして機能するn+型コンタクト領域104s(第2ドープ領域)とドレイン用コンタクトとして機能するn+型コンタクト領域104d(第2ドープ領域)とが形成されている。また、p型半導体層103の上層部分における2つのn+型コンタクト領域104sおよび104dに挟まれた領域であってドレイン側のn+型コンタクト領域104dと接する領域には、RESURF−MOSFET100の耐圧特性を高めることを目的としたRESURF領域110(第1ドープ領域)が形成されている。なお、p型半導体層103における2つのn+型コンタクト領域104sおよび104dで挟まれた領域は、チャネル形成領域103aとして機能する。p型半導体層103上であって少なくともチャネル形成領域103a上には、シリコン酸化膜(SiO2)などの絶縁膜で形成されたゲート絶縁膜105が形成され、さらにゲート絶縁膜105上にはゲート電極106が形成されている。また、ソース側のn+型コンタクト領域104s上にはソース電極107sが、ドレイン側のn+型コンタクト領域104dにはドレイン電極107dが、それぞれ形成されている。
As shown in FIG. 1, the RESURF-
上記において、基板101には、上述したシリコン基板の他に、例えばサファイア(Al2O3)基板や炭化シリコン(SiC)基板やホウ化ジルコニウム(ZrB2)基板などを適用することもできる。
In the above, in addition to the silicon substrate described above, for example, a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a zirconium boride (ZrB 2 ) substrate, or the like can also be applied to the
バッファ層102は、基板101とp型半導体層103との密着性を確保するための層であり、これには例えばアンドープのAlGaN(窒化アルミニウムガリウム)と窒化ガリウム(GaN)とよりなる積層膜(AlGaN/GaN膜)を適用することができる。また、その膜厚は、合計で例えば500nm程度とすることができる。
The
p型半導体層103は、しきい値調整のためにp型の不純物がドープされたIII族窒化物半導体よりなる層(下地膜ともいう)である。本実施の形態では、III族窒化物半導体にGaNを使用し、p型の不純物にマグネシウム(Mg)を使用する。また、その不純物濃度を例えば1×1015/cm3から5×1017/cm3程度とし、その膜厚を2μm程度とする。ただし、これに限定されず、p型の不純物として、ベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)、カーボン(C)などを適用することもできる。また、本実施の形態ではIII族窒化物半導体としてGaNを適用しているが、本発明はこれに限定されず、例えば組成がAl0.2Ga0.8NやAl0.3Ga0.7NなどのようなAlGaNや、例えば組成がB0.05Ga0.95NなどのようなBGaNや、B0.03Al0.97NなどのようなBAlNなど、または、窒化インジウムガリウム(InGaN)や窒化アルミニウム(AlN)や窒化インジウム(InN)など、III族の元素としてAl、Ga、InおよびBのうち少なくとも1つを含む窒化物半導体を用いることができる。
The p-
n+型コンタクト領域104sおよび104dは、n型の不純物が比較的高濃度にドープされた領域であり、上述したように、それぞれがソース用コンタクトまたはドレイン用コンタクトとして機能する。本実施の形態では、n型の不純物にSiイオンを使用する。ただし、これに限定されず、ゲルマニウム(Ge)、セレン(Se)、硫黄(S)、酸素(O)、テルル(Te)などを使用することもできる。
The n + -
RESURF領域110は、n型の不純物とNイオン(p型の不純物)との両方がドープされた電界緩和領域であり、上述したようにRESURF−MOSFET100の耐圧特性を高めることを目的として形成されている。本実施の形態では、RESURF領域110にドーパントとして、n型の不純物にSiイオンを適用する。これにより、本実施の形態によるRESURF領域110のシート抵抗が低減され、RESURF−MOSFET100の電流増幅特性が改善される。なお、本実施の形態により実現されるRESURF−MOSFET100の電流増幅特性および耐圧特性については後述する。
The
p型半導体層103上の少なくともチャネル形成領域103a上に形成されたゲート絶縁膜105は、上述したシリコン酸化膜(SiO2)の他に、例えばシリコン窒化膜(SiN)などの絶縁膜を適用することもできる。また、その膜厚は、例えば60nm程度とすることができる。
As the
ゲート絶縁膜105上に形成されたゲート電極106は、例えばリン(P)などの不純物を含むことで導電性を持つポリシリコン膜で形成される。ただし、これに限定されず、金(Au)、プラチナ(Pt)、ニッケル(Ni)などの導体膜を適用することもできる。
The
ソース電極107sまたはドレイン電極107dは、それぞれn+型コンタクト領域104sまたは104dと図示しない上層配線との間における抵抗を低減するための構成である。これには、例えばチタニウム(Ti)とアルミニウム(Al)とからなる積層膜(Ti/Al膜)を適用することができる。ただし、これに限定されず、n+型コンタクト領域104sおよび104dとオーミック接触することが可能な導体膜であれば種々変形することができる。
The
次に、本実施の形態によるRESURF−MOSFET100の電流増幅特性および耐圧特性について図面を用いて詳細に説明する。
Next, current amplification characteristics and breakdown voltage characteristics of the RESURF-
図2は、RESURF−MOSFET100の電流経路における各抵抗成分を示した模式図である。図2に示すように、RESURF−MOSFET100の電流経路には、ソース電極107sとn+型コンタクト領域104sとの間に存在する抵抗成分Rsconと、チャネル形成領域103aの抵抗成分(チャネル抵抗)Rchと、RESURF領域110の抵抗成分RRESと、n+型コンタクト領域104dとドレイン電極107dとの間に存在する抵抗成分Rdconとが直列に接続されている。なお、RESURF領域110を有さない通常のMOSFETの電流経路では、上記抵抗成分からRESURF領域110の抵抗成分が除かれる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing each resistance component in the current path of the RESURF-
ここで、通常のMOSFETにおける線形領域時と飽和領域時とのドレイン電流Idは、それぞれ以下の式1または式2で表される。なお、式3に単位面積当たりのゲート絶縁膜(105)の容量Coxを示す。
Here, the drain current Id in the linear region and in the saturation region in a normal MOSFET is expressed by the following
上記式1および式2において、WchおよびLchは、それぞれチャネル幅Wchおよびチャネル長Lchである。μNRは通常のMOSFETにおける移動度である。言い換えれば、μNRは抵抗成分Rsconとチャネル抵抗Rchと抵抗成分Rdconとの影響を受けた後の移動度である。Vg’、Vth’およびVdsは、それぞれゲート電圧、しきい値電圧およびドレイン電圧である。ε0とεoxとは、それぞれ真空の誘電率とゲート絶縁膜(105)の比誘電率とである。また、doxはゲート絶縁膜(105)の膜厚である。
In
一方、上記式1、2および図2に示す抵抗成分より、本実施の形態によるRESURF−MOSFET100のドレイン電流Id_RESは、以下の式4で表される。
On the other hand, the drain current I d_RES of the RESURF-
上記式4において、LRESはRESURF領域110のゲート長方向の長さである。また、RRES_SHEETはRESURF領域110のシート抵抗である。
In Expression 4, L RES is the length of the
次に、上記式4より導き出されるRESURF領域110のシート抵抗RRES_SHEETとRESURF−MOSFET100のドレイン電流Id_RESとの関係を図3に示す。なお、図3の関係を導き出すにあたり、ゲート電極106のチャネル幅を200mmとし、600V・10A級のRESURF−MOSFET100を設計した。また、図3において、L1はRESURF領域110のゲート長方向の長さを5μmとした場合の関係曲線を示し、L2はRESURF領域110のゲート長方向の長さを10μmとした場合の関係曲線を示し、L3はRESURF領域110のゲート長方向の長さを15μmとした場合の関係曲線を示し、L4はRESURF領域110のゲート長方向の長さを20μmとした場合の関係曲線を示し、L5はRESURF領域110のゲート長方向の長さを25μmとした場合の関係曲線を示し、L6はRESURF領域110のゲート長方向の長さを30μmとした場合の関係曲線を示す。さらに、図3において、通常のMOSFETのドレイン電流Idを直線L0で示す。
Next, FIG. 3 shows the relationship between the sheet resistance R RES_SHEET of the
図3を参照すると明らかなように、RESURF領域110のシート抵抗RRES_SHEETを10kΩ/cm2程度以下とした場合に、600V・10A級のMOSFETにおいて望ましいとされる10A程度以上のドレイン電流Id_RESを得ることができた。
As apparent from FIG. 3, when the sheet resistance R RES_SHEEET of the
一般的に、不純物が注入された領域のシート抵抗は、この領域のシートキャリア濃度を高くすることで低減することができる。しかしながら、RESURF領域110のシートキャリア濃度を高くしすぎると、RESURF−MOSFET100の耐圧特性が低下してしまう。図4に、RESURF領域110のシートキャリア濃度とRESURF−MOSFET100の絶縁破壊電圧との関係を示す。なお、図4の関係を導き出すにあたり、RESURF領域のゲート長方向の長さを20μmとした。また、図4において、L11はチャネル形成領域103aの不純物濃度を5×1015/cm3、p型半導体層(p−GaN層)103の膜厚を6μmとした場合の関係曲線を示し、L12は同じく不純物濃度を5×1015/cm3、p型半導体層103の膜厚を10μmとした場合の関係曲線を示し、L13は同じく不純物濃度を1×1016/cm3、p型半導体層103の膜厚を6μmとした場合の関係曲線を示し、L14は同じく不純物濃度を1×1016/cm3、p型半導体層103の膜厚を10μmとした場合の関係曲線を示し、L15は同じく不純物濃度を5×1016/cm3、p型半導体層103の膜厚を6μmとした場合の関係曲線を示す。
In general, the sheet resistance in a region into which impurities are implanted can be reduced by increasing the sheet carrier concentration in this region. However, if the sheet carrier concentration in the
図4を参照すると明らかなように、RESURF領域110のシートキャリア濃度が1×1013/cm3程度のときに最も高い絶縁破壊電圧が得られ、また、5×1013/cm3程度以下の範囲で高い絶縁破壊電圧が得られる。すなわち、この範囲で特に良好な耐圧特性を得ることができる。
As apparent from FIG. 4, the highest dielectric breakdown voltage is obtained when the sheet carrier concentration in the
ただし、例えばSiイオンのみを注入してRESURF領域110を形成した場合、RESURF領域110のシートキャリア濃度が5×1013/cm2程度以下の範囲では、シート抵抗が1×104Ω/cm2程度以上と、高い値を示す。そこで、本実施の形態では、Siイオンと合わせてNイオンを注入してRESURF領域110を形成することで、RESURF領域110のシートキャリア濃度を抑えつつ、シート抵抗を低減する。図5に、Siイオンのみを注入して活性化アニールを行った場合のシートキャリア濃度とシート抵抗との関係と、SiイオンとNイオンとの両方を1対1の割合で注入して活性化アニールを行った場合のシートキャリア濃度とシート抵抗との関係とを示す。なお、図5において、プロット‘×’はSiイオンのみを注入した場合の測定結果を示し、プロット‘●’はSiイオンとNイオンとの両方を注入した場合の測定結果を示す。
However, for example, when the
図5を参照すると明らかなように、Siイオンのみを注入した場合では、シートキャリア濃度が5×1013/cm2程度以下の範囲においてシート抵抗が1×104Ω/cm2程度以上を示しているのに対し、SiイオンとNイオンとの両方を注入した場合では、同範囲のシートキャリア濃度においてシート抵抗が1×103Ω/cm2程度と、一桁程度低減されている。このことから、SiイオンとNイオンとの両方を注入して活性化アニールを行うことで形成したRESURF領域110を有するRESURF−MOSFET100の方が、より良好な耐圧特性と電流増幅特性とを備えていることがわかる。
As apparent from FIG. 5, when only Si ions are implanted, the sheet resistance is about 1 × 10 4 Ω / cm 2 or more in the range where the sheet carrier concentration is about 5 × 10 13 / cm 2 or less. On the other hand, when both Si ions and N ions are implanted, the sheet resistance is reduced by about an order of magnitude to about 1 × 10 3 Ω / cm 2 in the same range of sheet carrier concentration. Therefore, the RESURF-
なお、本実施の形態では、RESURF領域110のドーパントをNイオンとn型のSiイオンとの両方としたが、本発明はこれに限定されず、例えばn+型コンタクト領域104sおよび/または104dのドーパントをn型のSiイオンとp型のNイオンとの両方としてもよい。また、これらすべてにn型のSiイオンとp型のNイオンとの両方をドープするように構成してもよい。これにより、RESURF領域110を備えたことで高い耐圧特性を有するMOSFETにおいてn+型コンタクト領域104s/104dのシート抵抗を低減することが可能となるため、高い電流増幅特性を実現することができる。ただし、図5から明らかなように、シートキャリア濃度が5×1013/cm2程度以上の比較的高濃度であるn+型コンタクト領域104sおよび/または104dに両方のイオンを注入することでドレイン電流Id_RESを増加させるよりも、シートキャリア濃度が5×1013/cm2程度以下の比較的低濃度であるRESURF領域110にSiイオンとNイオンとの両方を注入することでドレイン電流Id_RESを増加させた場合の方が、注入した領域のシートキャリア濃度を低く保ちつつシート抵抗を低減することができるため、より高い耐圧特性と電流増幅特性とを実現することが可能である。
In this embodiment, the dopant of the
また、図5には、SiイオンとNイオンとの比率を1(=Nイオン/Siイオン)とした実験の測定結果を示したが、本発明はこれに限定されず、この比率を例えば0.5から3程度など、所望するシートキャリア濃度とシート抵抗とに応じて種々変更することが可能である。なお、この比率を0.5から3程度とすることで、良好なシートキャリア濃度とシート抵抗との関係が得られる。 FIG. 5 shows a measurement result of an experiment in which the ratio of Si ions to N ions is 1 (= N ions / Si ions). However, the present invention is not limited to this, and the ratio is, for example, 0. Various changes such as about .5 to 3 can be made according to the desired sheet carrier concentration and sheet resistance. By setting this ratio to about 0.5 to 3, a good relationship between the sheet carrier concentration and the sheet resistance can be obtained.
また、本実施の形態では、RESURF領域110の深さを30nm程度以上100nm程度以下とする。これは、RESURF領域110形成時の不純物注入の深さを100nm程度より大きくすると、RESURF領域110における単位堆積あたりのキャリア濃度が小さくなり、RESURF領域110のシート抵抗が増大してしまうためである。また、30nm程度より小さくすると、電流経路の断面積が小さくなり、導電率が減少してRESURF領域110の抵抗値が増大してしまうためである。さらに、不純物注入の深さを30nm程度より小さくする場合、加速エネルギーを低く設定しなければならないが、通常のイオン注入装置では加速エネルギーを25keVよりも低く設定することができないため、不純物注入の深さを30nm程度より小さくすることが困難であることからも、不純物注入の深さを30nm程度以上とすることが好ましい。
In the present embodiment, the depth of the
次に、本実施の形態によるRESURF−MOSFET100の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。図6(a)から図7(c)は、本実施の形態によるRESURF−MOSFET100の製造方法を示すプロセス図である。なお、各図の断面は、図1に示す断面と対応する。
Next, a method for manufacturing the RESURF-
本製造方法では、まず、例えばMOCVD(有機金属気相成長法)を用いることで、処理対象である基板101上にアンドープのAlGaNとアンドープのGaNとを、合計の膜厚が例えば500nm程度となるように順次エピタキシャル成長させることで、アンドープAlGaN/GaNの積層膜よりなるバッファ層102(図6(a)参照)を形成する。
In this manufacturing method, first, for example, by using MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), the total film thickness of undoped AlGaN and undoped GaN is, for example, about 500 nm on the
続いて、同じく例えばMOCVD法を用いることで、バッファ層102上に、MgがドープされたGaN膜を、膜厚が例えば2.0μm程度となるようにエピタキシャル成長させることで、p型の導電性を有するp型半導体層103(図6(a)参照)を形成する(準備工程)。この際、p型半導体層103中の不純物が例えば1×1015/cm3から5×1017/cm3程度となるようにドーパント(Mg)の流量を制御する。これにより、図6(a)に示す断面構造が得られる。なお、上記バッファ層102とp型半導体層103との成膜は、上記したMOCVD法に限らず、例えばHVPE法(ハライド気相エピタキシ法)やMBE法(分子線エピタキシ法)などを適用することもできる。
Subsequently, by using, for example, the MOCVD method, a GaN film doped with Mg is epitaxially grown on the
次に、p型半導体層103上にフォトレジスト液をスピン塗布し、これを露光および現像することで、素子分離領域に沿って開口が形成されたフォトレジストを形成する(フォトリソグラフィ工程)。続いて、当該フォトレジストをマスクとして用いつつ、p型半導体層103をエッチングすることで、p型半導体層103表面からの深さが例えば200nm程度のトレンチ(図示せず)を形成する(エッチング工程)。これにより、p型半導体層103上層が1つ以上の素子形成領域に区画される(素子分離)。なお、上記エッチングには、例えば反応性イオンエッチング(RIE)や誘導結合プラズマRIE(ICP−RIE)などの異方性ドライエッチングを適用することができる。ただし、これに限定されず、種々の素子分離技術を適用することができる。
Next, a photoresist liquid is spin-coated on the p-
次に、p型半導体層103上のフォトレジストを例えばアセトンで除去した後、例えばPECVD法(プラズマ化学気相成長法)を用いることで、p型半導体層103上に、膜厚が例えば1000nm程度のシリコン酸化膜を形成する。続いて、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を用いてシリコン酸化膜をパターニングすることで、p型半導体層103におけるn+型コンタクト領域104sおよび104dを形成する領域(第1および第2領域)上に開口を有するマスク酸化膜M1(図6(b)参照)を形成する。なお、マスク酸化膜M1のパターニングには、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングを使用することができる。
Next, after removing the photoresist on the p-
続いて、上記フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程で用いたp型半導体層103上のフォトレジストを例えばアセトンで除去した後、例えばPECVD法を用いることで、基板上面全体に、膜厚が例えば20nm程度のシリコン酸化膜よりなる保護膜M2(図2(b)参照)を形成する。なお、マスク酸化膜M1は後の工程においてSiイオンが注入される領域を制限するための膜であり、保護膜M2はSiイオンが注入される際にp型半導体層103表面が受けるダメージを低減するための膜である。
Subsequently, after removing the photoresist on the p-
続いて、図6(b)に示すように、既存のイオン注入装置により、マスク酸化膜M1をマスクとして用いつつ、Siイオンを注入することで、p型半導体層103の上層部分に注入領域104aを形成する(第1注入工程)。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, by using an existing ion implantation apparatus, Si ions are implanted while using the mask oxide film M1 as a mask, so that an
なお、本実施の形態では、Siイオンを複数段階に分けて注入する。この際、各段階でドーズ量および加速エネルギーを変えることにより、p型半導体層103表面から所望する深さまで、概ね満遍なくSiイオンが注入された注入領域104aを形成することができる。本実施の形態では、例として不純物注入を4段階に分け、各段階におけるドーズ量および加速エネルギーの組み合わせを、それぞれ例えば、3×1014cm−2および30KeV、4×1014cm−2および60KeV、8×1014cm−2および120KeV、ならびに1.5×1015cm−2および160KeVとする。
In this embodiment, Si ions are implanted in a plurality of stages. At this time, by changing the dose amount and acceleration energy at each stage, it is possible to form the
以上のようにSiイオンを注入すると、次に、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングによりp型半導体層103上のシリコン酸化膜を20nm程度除去する。これにより、保護膜M2が除去され、注入領域104aが露出される。
When Si ions are implanted as described above, the silicon oxide film on the p-
続いて、例えば上記と同様の工程を用いることで、RESURF領域110(第3領域)を形成する領域上に開口を有するマスク酸化膜M3(図6(c)参照)と基板上面全体を覆う保護膜M4(図6(c)参照)とを、p型半導体層103上に例えばシリコン酸化膜で形成する(第2注入工程)。
Subsequently, for example, by using the same process as described above, the mask oxide film M3 (see FIG. 6C) having an opening on the region where the RESURF region 110 (third region) is formed and the entire upper surface of the substrate are protected. A film M4 (see FIG. 6C) is formed on the p-
続いて、図6(c)に示すように、既存のイオン注入装置により、マスク酸化膜M3をマスクとして用いつつ、SiイオンとNイオンとを注入することで、p型半導体層103の上層部分に注入領域110aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, the upper layer portion of the p-
なお、本実施の形態では、まず、Nイオンを注入し、その後、Siイオンを注入する。Nイオンの注入条件としては、ドーズ量を例えば7×1014/cm2程度とし、加速エネルギーを例えば75KeV程度とすることができる。また、Siイオンの注入条件としては、ドーズ量を3×1014/cm2程度とし、加速エネルギーを例えば45KeV程度とすることができる。なお、Nイオンについては、所望する活性化率に応じてドーズ量が変化される。 In this embodiment, first, N ions are implanted, and then Si ions are implanted. As conditions for implanting N ions, the dose can be set to, for example, about 7 × 10 14 / cm 2 , and the acceleration energy can be set to, for example, about 75 KeV. Further, as conditions for implanting Si ions, the dose can be about 3 × 10 14 / cm 2 and the acceleration energy can be about 45 KeV, for example. For N ions, the dose varies depending on the desired activation rate.
以上のようにNイオンとSiイオンとを注入すると、次に、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングによりp型半導体層103上のマスク酸化膜M3および保護膜M4を完全に除去する。続いて、例えばPECVD法を用いることで、基板上面全体に、膜厚が例えば500nm程度のシリコン酸化膜よりなる飛散防止膜M5を形成する。なお、飛散防止膜M5は、後のアニール工程において、p型半導体層103を構成する原子、特にN原子が飛散することを防止するための膜である。
When N ions and Si ions are implanted as described above, next, the mask oxide film M3 and the protective film M4 on the p-
続いて、既存のアニール装置を用いて飛散防止膜M5が形成された基板をアニールすることで、注入領域104aおよび110aに注入されているSiイオンおよびNイオンをそれぞれ拡散および活性化させる(アニール工程)。これにより、図6(d)に示すように、n+型コンタクト領域104sおよび104dならびにRESURF領域110が形成される。この際のアニールは、例えば設定温度を1200℃とした電気炉において、窒素雰囲気中で例えば10秒間処理される。
Subsequently, the Si ion and N ions implanted in the
次に、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングによりp型半導体層103上の飛散防止膜M5をすべて除去する。続いて、例えばPECVD法を用いることで、図7(a)に示すように、p型半導体層103上に、膜厚が例えば60nm程度のシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜105を形成する。
Next, for example, all of the scattering prevention film M5 on the p-
その後、例えばフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を用いることで、ゲート絶縁膜105に、n+型コンタクト領域104sおよび104dを露出させる開口を形成し、この開口内に例えばチタニウム(Ti)とアルミニウム(Al)との積層膜(Ti/Al膜)を形成する。これにより、図7(b)に示すように、n+型コンタクト領域104sおよび104dとそれぞれオーミック接触するソース電極107sおよびドレイン電極107dが形成される。
Thereafter, for example, by using a photolithography process and an etching process, openings for exposing the n + -
次に、例えばLPCVD(Low−Pressure CVD)法もしくはスパッタリング法を用いることで、図7(c)に示すように、基板上面全体にポリシリコン膜106Aを形成する。続いて、ポリシリコン膜106Aが形成された基板をPOCl3ガスが封入された熱拡散炉内に20分程度放置する。この際、熱拡散炉内の温度を900℃程度に設定する。これにより、ポリシリコン膜106Aに不純物としてのリン(P)がドーピングされ、これが導体膜として機能するようになる。なお、ポリシリコン膜106Aへの不純物のドーピング方法としては、上述した方法の他にも、例えばポリシリコン膜106A上にリン(P)を蒸着し、これを熱拡散によりポリシリコン膜へドーピングする方法など、種々変更することが可能である。
Next, by using, for example, an LPCVD (Low-Pressure CVD) method or a sputtering method, a
続いて、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を用いることで、ポリシリコン膜106Aをゲート電極106にパターニングする。これにより、図1に示すような断面構造を有するRESURF−MOSFET100が製造される。
Subsequently, the
以上のように、本実施の形態によるRESURF−MOSFET100は、電界緩和領域として機能するRESURF領域110を備えた構成において、窒素原子が注入された領域のシートキャリア濃度を低く保ちつつシート抵抗を低減することが可能となるため、結果としてソース−ドレイン間におけるシートキャリア濃度を抑えつつ抵抗値を下げることができる。これにより、耐圧特性と電流増幅特性とに優れたRESURF−MOSFET100を実現することが可能となる。
As described above, the RESURF-
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない事項については実施の形態1と同様である。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, items not specifically mentioned are the same as those in the first embodiment.
本実施の形態では、III族窒化物半導体を用いたノーマリーオフ型の半導体装置としてRESURF−MOSFET200を例に挙げる。図8は、RESURF−MOSFET200の概略構成を示す断面図である。なお、図8でも、図1と同様に、基板と垂直であってゲート長方向と平行な面でRESURF−MOSFET200を切断した際の概略構成を示す。
In this embodiment, a RESURF-
図8に示すように、RESURF−MOSFET200は、図1に示すRESURF−MOSFET100と同様の構成において、p型半導体層103(第1半導体層)上面におけるドレイン側の領域にn−型半導体層203(第2半導体層)を有し、このn−型半導体層203の上層部分にRESURF領域210(RESURF領域110に対応)およびドレイン側のn+型コンタクト領域204d(n+型コンタクト領域104dに対応)が形成された構成を有する。また、RESURF−MOSFET100におけるゲート絶縁膜105がソース側のp型半導体層103上面からn−型半導体層203の側面を通ってこれの上面を覆うゲート絶縁膜205に置き換えられ、同じくゲート電極106がソース側におけるp型半導体層103上からn−型半導体層203の側面を通ってRESURF領域210の上まで延在するゲート電極206に置き換えられている。
As shown in FIG. 8, the RESURF-
上記において、n−型半導体層203は、n型の不純物がドープされたIII族窒化物半導体よりなる層である。本実施の形態では、III族窒化物半導体にGaNを使用し、n型の不純物にSiイオンを使用する。また、その不純物濃度を例えば1×1017/cm3から1×1018/cm3程度とし、その膜厚を例えば130nm程度とする。ただし、これに限定されず、n型の不純物として、Si、Ge、Se、S、O、Teなどを適用することもできる。また、本実施の形態ではIII族窒化物半導体としてGaNを適用しているが、本発明はこれに限定されず、例えば組成がAl0.2Ga0.8NやAl0.3Ga0.7NなどのようなAlGaNや、例えば組成がB0.05Ga0.95NなどのようなBGaNや、B0.03Al0.97NなどのようなBAlNなど、または、窒化インジウムガリウム(InGaN)や窒化アルミニウム(AlN)や窒化インジウム(InN)など、III族の元素としてAl、Ga、InおよびBのうち少なくとも1つを含む窒化物半導体を用いることができる。
In the above, the n −
RESURF領域210は、本発明の実施の形態1におけるRESURF領域110と同様に、n型の不純物とNイオン(p型の不純物)との両方がドープされた電界緩和領域である。ただし、本実施の形態では、n型の不純物(Si)を成膜過程においてドープし、Nをイオン注入法によって注入して活性化アニールを行うことで、RESURF領域210を形成する。なお、本実施の形態でも、本発明の実施の形態1と同様に、RESURF領域210のドーパントとして、Nイオンとn型の不純物であるSiイオンとを適用する。
The
ドレイン側においてn−型半導体層203の上層部分に形成されたn+型コンタクト領域204dは、本発明の実施の形態1におけるn+型コンタクト領域104dに対応する構成である。また、ゲート絶縁膜205とゲート電極206とも、本発明の実施の形態1におけるゲート絶縁膜105およびゲート電極106にそれぞれ対応する構成である。よって、ここでは詳細な説明を省略し、以下における製造方法の説明において触れる。また、なお、他の構成は、RESURF−MOSFET100と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
The n +
次に、本実施の形態によるRESURF−MOSFET200の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。図9(a)から図11(c)は、本製造方法を示すプロセス図である。なお、以下の説明において、本発明の実施の形態1と同様の工程については、その説明を引用することで詳細な説明を省略する。
Next, a method for manufacturing the RESURF-
本製造方法では、まず、本発明の実施の形態1において図6(a)を用いて説明した工程と同様の工程を用いることで、基板101上にバッファ層102とp型半導体層103とを形成し、続いて、p型半導体層103上面からトレンチを形成することで、p型半導体層103上層を1つ以上の素子形成領域に区画する。なお、素子分離の際に使用したフォトレジストは例えばアセトンなどで除去される。
In this manufacturing method, first, the
次に、例えばPECVD法を用いることで、p型半導体層103上に、膜厚が例えば1000nm程度のシリコン酸化膜を形成する。続いて、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を用いてシリコン酸化膜をパターニングすることで、p型半導体層103におけるソース側のn+型コンタクト領域104sを形成する領域上に開口を有するマスク酸化膜M21(図9(a)参照)を形成する。なお、マスク酸化膜M21のパターニングには、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングを使用することができる。
Next, a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 1000 nm is formed on the p-
続いて、上記フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程で用いたマスク酸化膜M21上のフォトレジストを例えばアセトンで除去した後、例えばPECVD法を用いることで、基板上面全体に、膜厚が例えば20nm程度のシリコン酸化膜よりなる保護膜M22(図9(a)参照)を形成する。 Subsequently, after removing the photoresist on the mask oxide film M21 used in the photolithography process and the etching process with, for example, acetone, by using, for example, PECVD, silicon having a film thickness of, for example, about 20 nm is formed on the entire upper surface of the substrate. A protective film M22 (see FIG. 9A) made of an oxide film is formed.
続いて、図9(a)に示すように、既存のイオン注入装置により、マスク酸化膜M21をマスクとして用いつつ、Siイオンを注入することで、p型半導体層103の上層部分におけるソース側に注入領域104aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 9A, Si ions are implanted into the source side in the upper layer portion of the p-
次に、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングによりp型半導体層103上のマスク酸化膜M21および保護膜M22を除去した後、例えばMOCVD法を用いることで、p型半導体層103上に、SiがドープされたGaN膜203A(図9(b)参照)を、膜厚が例えば130nm程度となるようにエピタキシャル成長させる。この際、GaN膜203AにおけるSi濃度が例えば6×1017/cm3程度となるように制御する。
Next, after removing the mask oxide film M21 and the protective film M22 on the p-
続いて、例えばPECVD法を用いることで、GaN膜203A上に、膜厚が例えば300nm程度のシリコン酸化膜を形成する。続いて、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を用いてシリコン酸化膜におけるソース側の部分を除去することで、図9(b)に示すように、GaN膜203A上におけるドレイン側にのみマスク酸化膜M23を形成する。なお、マスク酸化膜M23のパターニングには、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングを使用することができる。
Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 300 nm is formed on the
次に、マスク酸化膜M23をマスクとして用いつつ、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングによりGaN膜203Aをパターニングすることで、図9(c)に示すように、p型半導体層103上におけるドレイン側にn−型のGaN膜よりなるn−型半導体層203を形成すると共に、p型半導体層103表面におけるソース側を露出させる。
Next, by using the mask oxide film M23 as a mask and patterning the
続いて、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングによりn−型半導体層203上のマスク酸化膜M23を除去した後、例えばPECVD法を用いることで、露出されたp型半導体層103およびn−型半導体層203上に、膜厚が例えば1000nm程度のシリコン酸化膜を形成する。続いて、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を用いてシリコン酸化膜をパターニングすることで、後にn+型コンタクト領域204dを形成する領域上に開口を有するマスク酸化膜M24を(図10(a)参照)形成する。なお、マスク酸化膜M24のパターニングには、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングを使用することができる。
Subsequently, after removing the mask oxide film M23 on the n −
続いて、上記のフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程で使用したマスク酸化膜M24上のフォトレジストを例えばアセトンで除去した後、例えばPECVD法を用いることで、基板上面全体に、膜厚が例えば20nm程度のシリコン酸化膜よりなる保護膜M25(図10(a)参照)を形成する。 Subsequently, after removing the photoresist on the mask oxide film M24 used in the photolithography process and the etching process with, for example, acetone, the film thickness is, for example, about 20 nm on the entire upper surface of the substrate by using, for example, PECVD. A protective film M25 (see FIG. 10A) made of a silicon oxide film is formed.
続いて、図10(a)に示すように、既存のイオン注入装置により、マスク酸化膜M24をマスクとして用いつつ、Siイオンを注入することで、n−型半導体層203の上層部分に注入領域204aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 10A, by using an existing ion implantation apparatus, Si ions are implanted while using the mask oxide film M24 as a mask, so that an implantation region is formed in an upper layer portion of the n −
次に、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングによりp型半導体層103およびn−型半導体層203上のマスク酸化膜M24および保護膜M25をすべて除去した後、上記と同様の工程を用いることで、今度はRESURF領域210が形成される領域上に開口を有するマスク酸化膜M26(図10(b)参照)を形成し、続いて、基板上面全体を覆い、膜厚が例えば20nm程度のシリコン酸化膜よりなる保護膜M27(図10(b)参照)を形成する。
Next, after removing all of the mask oxide film M24 and the protective film M25 on the p-
続いて、図10(b)に示すように、既存のイオン注入装置により、マスク酸化膜M26をマスクとして用いつつ、Nイオンを注入することで、n−型半導体層203の上層部分に注入領域210aを形成する。なお、Nイオンの注入方法は、本発明の実施の形態1におけるNイオンの注入方法(図6(c)参照)と同様の方法を使用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
Subsequently, as shown in FIG. 10B, N ions are implanted into the upper layer portion of the n − -
以上のようにNイオンを注入すると、次に、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングによりp型半導体層103上およびn−型半導体層203上のマスク酸化膜M26および保護膜M27をすべて除去する。続いて、例えばPECVD法を用いることで、基板上面全体に、膜厚が例えば500nm程度のシリコン酸化膜よりなる飛散防止膜M28(図11(a)参照)を形成する。
When N ions are implanted as described above, next, all of the mask oxide film M26 and the protective film M27 on the p-
続いて、既存のアニール装置を用いて飛散防止膜M28が形成された基板をアニールすることで、注入領域104a、204aおよび210aに注入されているSiイオンおよびNイオンをそれぞれ拡散および活性化させる。これにより、図11(a)に示すように、n+型コンタクト領域104sおよび204dならびにRESURF領域210が形成される。この際のアニールは、例えば設定温度を1200℃とした電気炉において、窒素雰囲気中で例えば10秒間処理される。
Subsequently, by annealing the substrate on which the anti-scattering film M28 is formed using an existing annealing apparatus, Si ions and N ions implanted in the
次に、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングによりp型半導体層103およびn−型半導体層203表面の飛散防止膜M28をすべて除去する。続いて、例えばPECVD法を用いることで、p型半導体層103およびn−型半導体層203表面全体に、膜厚が例えば60nm程度のシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜205(図11(b)参照)を形成する。
Next, the scattering prevention film M28 on the surface of the p-
その後、例えばフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を用いることで、ゲート絶縁膜205に、p型半導体層103におけるn+型コンタクト領域104sが形成された領域の一部およびn−型半導体層203におけるn+型コンタクト領域204dが形成された領域の一部を露出させる開口を形成し、この開口内に例えばTi/Al膜を形成する。これにより、図11(b)に示すように、n+型コンタクト領域104sおよび204dとそれぞれオーミック接触するソース電極107sおよびドレイン電極107dが形成される。
Thereafter, for example, by using a photolithography process and an etching process, the
次に、例えばLPCVD法もしくはスパッタリング法を用いることで、図11(c)に示すように、基板上面全体にポリシリコン膜206Aを形成する。続いて、ポリシリコン膜206Aが形成された基板をPOCl3ガスが封入された熱拡散炉内に20分程度放置する。この際、熱拡散炉内の温度を900℃程度に設定する。これにより、ポリシリコン膜206Aに不純物としてのリン(P)がドーピングされ、これが導体膜として機能するようになる。なお、ポリシリコン膜206Aへの不純物のドーピング方法としては、上述した方法の他にも、例えばポリシリコン膜206A上にリン(P)を蒸着し、これを熱拡散によりポリシリコン膜206Aへドーピングする方法など、種々変更することが可能である。
Next, by using, for example, an LPCVD method or a sputtering method, a
続いて、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を用いることで、ポリシリコン膜206Aをゲート電極206にパターニングする。これにより、図8に示すような断面構造を有するRESURF−MOSFET200が製造される。
Subsequently, the
なお、本実施の形態でも、本発明の実施の形態1と同様に、RESURF領域210のドーパントをNイオンとn型のSiイオンとの両方としたが、本発明はこれに限定されず、例えばn+型コンタクト領域104sおよび/または204dのドーパントをNイオンとn型のSiイオンとの両方としてもよい。また、これらすべてにn型のSiイオンとp型のNイオンとの両方をドープするように構成してもよい。これにより、RESURF領域210を備えたことで高い耐圧特性を有するMOSFETにおいてn+型コンタクト領域104s/204dおよび/またはRESURF領域210のシート抵抗を低減することが可能となるため、高い電流増幅特性を実現することができる。
In the present embodiment, as in the first embodiment of the present invention, the dopant in the
以上のように、本実施の形態によるRESURF−MOSFET200は、電界緩和領域として機能するRESURF領域210を備えた構成において、窒素原子が注入された領域のシートキャリア濃度を低く保ちつつシート抵抗を低減することが可能となるため、結果としてソース−ドレイン間におけるシートキャリア濃度を抑えつつ抵抗値を下げることができる。これにより、耐圧特性と電流増幅特性とに優れたRESURF−MOSFET100を実現することが可能となる。
As described above, the RESURF-
なお、本実施の形態では、n−型半導体層203を、例えばノンドープのGaN膜で構成してもよい。この場合、GaN膜が残留ドナーの影響によって若干n型の導電性を示す。また、n−型半導体層203をノンドープのGaN膜で構成した場合、RESURF領域210は、本発明の実施の形態1におけるRESURF領域110と同様に、n型の不純物とNイオンとの両方を注して活性化させることで形成される。
In the present embodiment, the n −
さらに、本実施の形態では、n−型半導体層203へ整形されるGaN膜203Aを、例えばMOCVD法を用いてn型の不純物(例えばSiイオン)がドープされた状態でエピタキシャル成長させて形成したが、本発明はこれに限定されず、例えばn型の不純物(例えばSiイオン)とNイオンとがドープされた状態でエピタキシャル成長して形成してもよい。この場合、図8におけるRESURF領域210が省略され、n−型半導体層203におけるn+型コンタクト領域204dが形成されていない領域がRESURF領域として機能する。また、図10(b)を用いて説明したNイオンの注入工程を省略することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
100、200 RESURF−MOSFET
101 基板
102 バッファ層
103 p型半導体層
103a チャネル形成領域
104a、204a、210a 注入領域
104d n+型コンタクト領域
104s n+型コンタクト領域
105、205 ゲート絶縁膜
106、206 ゲート電極
106A ポリシリコン膜
107d ドレイン電極
107s ソース電極
110、210 RESURF領域
110a 注入領域
203 n−型半導体層
203A GaN膜
204d n+型コンタクト領域
206A ポリシリコン膜
M1、M3、M21、M23、M24、M26 マスク酸化膜
M2、M4、M22、M25、M27 保護膜
M5、M28 飛散防止膜
100, 200 RESURF-MOSFET
101
Claims (18)
前記チャネル形成領域上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有し、
前記第1ドープ領域および/または前記第2ドープ領域は、n型の導電性を有する原子と窒素原子とをドーパントとして含むことを特徴とする半導体装置。 A channel forming region, a first doped region formed in a region in contact with the channel forming region in the channel length direction, and two regions sandwiching the channel forming region and the first doped region on the upper surface; A second doped region having a higher impurity concentration than the doped region, and a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor;
An insulating film formed on the channel formation region;
A gate electrode formed on the insulating film,
The first doped region and / or the second doped region includes an n-type conductive atom and a nitrogen atom as dopants.
前記第2ドープ領域は、n型の導電性を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The channel formation region has p-type conductivity,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second doped region has n-type conductivity.
前記第2ドープ領域のうち一方は、前記第1半導体層に形成され、他方は前記第2半導体層に形成されており、
前記第1ドープ領域は、前記第2半導体層に形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。 The semiconductor layer includes a first semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor having p-type conductivity, and a group III nitride having n-type conductivity formed on a part of the first semiconductor layer. A second semiconductor layer made of a semiconductor,
One of the second doped regions is formed in the first semiconductor layer, and the other is formed in the second semiconductor layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first doped region is formed in the second semiconductor layer.
前記半導体層における離間した2つの領域である第1および第2領域にn型の導電性を有する不純物を注入する第1注入工程と、
前記半導体層における前記第1領域と前記第2領域とに挟まれた領域であって一方の前記第2領域と接する第3領域に、前記第1および第2領域よりも低い不純物濃度となるようにn型の導電性を有する不純物を注入する第2注入工程と、
前記第1から第3領域のうち少なくともいずれか1つに窒素原子を注入する第3注入工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A preparation step of preparing a substrate including a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor;
A first implantation step of implanting n-type conductivity impurities into the first and second regions, which are two regions separated from each other in the semiconductor layer;
A third region in the semiconductor layer sandwiched between the first region and the second region and in contact with one of the second regions has an impurity concentration lower than that of the first and second regions. A second implantation step of implanting n-type conductivity impurities into
A third implantation step of implanting nitrogen atoms into at least one of the first to third regions;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1領域は、前記第1半導体層の一部の領域であり、
前記第2領域は、前記第2半導体層の一部の領域であり、
前記第3領域は、前記第2半導体層の一部の領域であることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor layer is made of the group III nitride semiconductor, and includes a first semiconductor layer having p-type conductivity and a second semiconductor having n-type conductivity formed on a part of the first semiconductor layer. Made up of layers,
The first region is a partial region of the first semiconductor layer;
The second region is a partial region of the second semiconductor layer,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the third region is a partial region of the second semiconductor layer.
前記第1半導体層上の一部にn型の導電性を有する不純物と窒素原子とがドープされた第2半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記第1半導体層の一部の第1領域と前記第2半導体層の一部の第2領域とにn型の導電性を有する不純物を注入する不純物注入工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A preparation step of preparing a substrate comprising a first semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor and having p-type conductivity;
A semiconductor layer forming step of forming a second semiconductor layer in which a part of the first semiconductor layer is doped with an impurity having n-type conductivity and a nitrogen atom;
An impurity implantation step of implanting an impurity having n-type conductivity into a part of the first region of the first semiconductor layer and a part of the second region of the second semiconductor layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008092345A JP2009246205A (en) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008092345A JP2009246205A (en) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009246205A true JP2009246205A (en) | 2009-10-22 |
Family
ID=41307762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008092345A Pending JP2009246205A (en) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009246205A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014110310A (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Nitride compound semiconductor device and manufacturing method of the same |
| US9461122B2 (en) | 2014-03-19 | 2016-10-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and manufacturing method for the same |
| US9536949B2 (en) | 2014-12-11 | 2017-01-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Nitride semiconductor device comprising nitride semiconductor regrowth layer |
| US10026804B2 (en) | 2014-03-19 | 2018-07-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
| US10475984B2 (en) | 2014-03-03 | 2019-11-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Aluminum nitride piezoelectric thin film, piezoelectric material, piezoelectric component, and method for manufacturing aluminum nitride piezoelectric thin film |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04129274A (en) * | 1990-09-20 | 1992-04-30 | Nec Kyushu Ltd | Semiconductor device |
| JP2000188399A (en) * | 1998-10-16 | 2000-07-04 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2004260140A (en) * | 2003-02-06 | 2004-09-16 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Semiconductor device having group III nitride semiconductor |
| JP2007335677A (en) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Normally-off field effect transistor using group III nitride semiconductor and method of manufacturing the same |
-
2008
- 2008-03-31 JP JP2008092345A patent/JP2009246205A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04129274A (en) * | 1990-09-20 | 1992-04-30 | Nec Kyushu Ltd | Semiconductor device |
| JP2000188399A (en) * | 1998-10-16 | 2000-07-04 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2004260140A (en) * | 2003-02-06 | 2004-09-16 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Semiconductor device having group III nitride semiconductor |
| JP2007335677A (en) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Normally-off field effect transistor using group III nitride semiconductor and method of manufacturing the same |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014110310A (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Nitride compound semiconductor device and manufacturing method of the same |
| US10475984B2 (en) | 2014-03-03 | 2019-11-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Aluminum nitride piezoelectric thin film, piezoelectric material, piezoelectric component, and method for manufacturing aluminum nitride piezoelectric thin film |
| US9461122B2 (en) | 2014-03-19 | 2016-10-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and manufacturing method for the same |
| US10026804B2 (en) | 2014-03-19 | 2018-07-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
| US10714566B2 (en) | 2014-03-19 | 2020-07-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
| US9536949B2 (en) | 2014-12-11 | 2017-01-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Nitride semiconductor device comprising nitride semiconductor regrowth layer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109037323B (en) | Normally-off HEMT transistor with selectively generated 2DEG channel and method of fabricating the same | |
| US9837519B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP6203533B2 (en) | Semiconductor device including implantation region and protective layer and method of forming the same | |
| JP5270562B2 (en) | Method for fabricating a semiconductor device including an implanted region for forming a low resistance contact in a buried layer and related devices | |
| US9184258B2 (en) | GaN based semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US8072002B2 (en) | Field effect transistor | |
| JP5190923B2 (en) | Nitride semiconductor transistor having GaN as channel layer and manufacturing method thereof | |
| JP6631950B2 (en) | Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device | |
| JP5568891B2 (en) | Heterojunction field effect transistor and manufacturing method thereof | |
| CN106920833B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| CN105742360A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP5566937B2 (en) | Nitride-based semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US9484429B2 (en) | High electron mobility transistor (HEMT) capable of absorbing a stored hole more efficiently and method for manufacturing the same | |
| JP2010232503A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
| JP2008311392A (en) | Field effect transistor using group III nitride semiconductor | |
| JP2009246205A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| KR101172857B1 (en) | Enhancement normally off nitride smiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP5463529B2 (en) | Method for manufacturing field effect transistor | |
| US8350293B2 (en) | Field effect transistor and method of manufacturing the same | |
| JP2014099523A (en) | Heterojunction field effect transistor and manufacturing thereof | |
| KR101200274B1 (en) | Enhancement normally off nitride vertical semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP5435459B2 (en) | Field effect transistor | |
| JP2009088081A (en) | Field effect transistor using group III nitride semiconductor | |
| US8421182B2 (en) | Field effect transistor having MOS structure made of nitride compound semiconductor | |
| JP5208439B2 (en) | Nitride semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110301 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130124 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130129 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130401 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130813 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131210 |