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JP7120886B2 - Method for manufacturing 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 technology disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a switching element.

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では、ボディ層が、トレンチの底面よりも下側まで伸びる電界緩和層を有している。ボディ層に電界緩和層を設けることで、トレンチの底面近傍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. In this switching element, the body layer has an electric field relaxation layer extending below the bottom surface of the trench. By providing the electric field relaxation layer in the body layer, the electric field applied to the gate insulating film in the vicinity of the bottom surface of the trench can be relaxed, and the breakdown voltage of the switching element can be improved.

特開2015-138958号公報JP 2015-138958 A

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 the 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, development of switching elements made of GaN (gallium nitride) based semiconductors has progressed. A GaN-based semiconductor is a semiconductor whose main material is a compound of gallium and nitrogen. GaN-based semiconductors include GaN, AlGaN, AlInGaN, and the like. It is extremely difficult to form a 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 not possible to employ a process such as that described in Patent Document 1 (that is, a process of forming an electric field relaxation layer by ion implantation of a p-type impurity). 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、ボディ層成長工程、トレンチ形成工程、底部層形成工程、ゲート形成工程、及び、ソース層形成工程を有している。前記ボディ層成長工程では、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、前記ボディ層の表面に、底面が前記ボディ層内に位置するトレンチを形成する。前記底部層形成工程では、前記トレンチの前記底面にn型不純物を注入することによって、前記ボディ層内に、前記トレンチの前記底面から前記ドリフト層まで分布するn型の底部層を形成する。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底部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 manufacturing method of the switching element disclosed in this specification has a body layer growing process, a trench forming process, a bottom layer forming process, a gate forming process, and a source layer forming process. In the body layer growth step, a p-type body layer made of a GaN-based semiconductor is epitaxially grown on an n-type drift layer made of a GaN-based semiconductor. In the trench forming step, a trench having a bottom surface located within the body layer is formed on the surface of the body layer. In the bottom layer forming step, an n-type bottom layer distributed from the bottom surface of the trench to the drift layer is formed in the body layer by implanting an n-type impurity into the bottom surface of the trench. In the gate forming step, a gate insulating film and a gate electrode are formed in the trench. The source layer forming step forms an n-type source layer separated from the bottom layer by the body layer and in contact with the gate insulating film.

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。 Note that 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、ボディ層の表面に底面がボディ層内に位置するトレンチを形成し、その後に、トレンチの底面にn型不純物を注入する。これによって、トレンチの底部近傍のボディ層をn型化し、トレンチの底面からドリフト層まで分布するn型の底部層を形成する。n型化せずに残存したボディ層は、トレンチの底面よりも上側に位置する部分(メインボディ層)と、トレンチの底面よりも下側に位置する部分(電界緩和層)を有する。その後、ゲート形成工程とソース層形成工程を行われる。このように各工程を実施すると、電界緩和層がトレンチの底面(すなわち、ゲート構造の下端)よりも下側まで伸びている構造が得られる。ゲート電極の電位をゲート閾値以上まで上昇させると、ゲート絶縁膜に接する範囲でメインボディ層にチャネルが形成される。すると、チャネルと底部層を介してソース層とドリフト層の間が接続され、スイッチング素子がオンする。ゲート電極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、スイッチング素子がオフする。このとき、電界緩和層から底部層へ空乏層が広がることで、トレンチの底面近傍のゲート絶縁膜に加わる電界が緩和される。このように、この製造方法によれば、電界緩和層によってトレンチの底面近傍の電界を緩和することが可能なスイッチング素子を製造することができる。また、この製造方法では、エピタキシャル成長によって電界緩和層を含むボディ層を形成するので、GaN系半導体により構成されたp型の電界緩和層を好適に形成することができる。 In this manufacturing method, a trench whose bottom surface is located in the body layer is formed on the surface of the body layer, and then n-type impurities are implanted into the bottom surface of the trench. As a result, the body layer near the bottom of the trench is made n-type, forming an n-type bottom layer distributed from the bottom of the trench to the drift layer. The body layer remaining without becoming n-type has a portion (main body layer) located above the bottom surface of the trench and a portion (electric field relaxation layer) located below the bottom surface of the trench. After that, a gate formation process and a source layer formation process are performed. By performing each step in this manner, a structure is obtained in which the electric field relaxation layer extends below the bottom surface of the trench (that is, the bottom end of the gate structure). When the potential of the gate electrode is increased to the gate threshold value or higher, a channel is formed in the main body layer in the range in contact with the gate insulating film. A connection is then established between the source layer and the drift layer through the channel and the bottom layer, turning on the switching element. When the potential of the gate electrode is lowered below the gate threshold, the channel disappears and the switching element is turned off. At this time, the depletion layer spreads from the electric field relaxation layer to the bottom layer, so that the electric field applied to the gate insulating film near the bottom of the trench is relaxed. Thus, according to this manufacturing method, it is possible to manufacture a switching element capable of relaxing the electric field in the vicinity of the bottom surface of the trench by the electric field relaxation layer. Moreover, in this manufacturing method, the body layer including the electric field relaxation layer is formed by epitaxial growth, so the p-type electric field relaxation layer made of a GaN-based semiconductor can be preferably formed.

実施形態のスイッチング素子の断面図。Sectional drawing of the switching element of embodiment. 実施形態のスイッチング素子の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of the switching element of embodiment. 実施形態のスイッチング素子の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of the switching element of embodiment. 実施形態のスイッチング素子の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of the switching element of embodiment. 実施形態のスイッチング素子の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of the switching element of embodiment.

図1に示す実施形態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12bに、ドレイン電極32が配置されている。 The switching element 10 of the embodiment shown in FIG. 1 is a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). The switching element 10 has a semiconductor substrate 12 made of GaN. A trench 20 is formed in a surface (upper surface) 12 a of the semiconductor substrate 12 . A gate insulating film 22 and a gate electrode 24 are arranged in the trench 20 . A gate insulating film 22 covers the inner surface of the trench 20 . Gate electrode 24 is insulated from semiconductor substrate 12 by gate insulating film 22 . The surface of the gate electrode 24 is covered with an interlayer insulating film 26 . A source electrode 30 is arranged on the surface 12 a of the semiconductor substrate 12 . The source electrode 30 is insulated from the gate electrode 24 by an interlayer insulating film 26 . A drain electrode 32 is arranged on the back surface 12 b of the semiconductor substrate 12 .

半導体基板12は、ソース層40、ボディ層42、底部層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 semiconductor substrate 12 has a source layer 40 , a body layer 42 , a bottom layer 46 , a heavily doped layer 48 , a drift layer 50 and a drain layer 52 .

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。 Source layer 40 is an n-type layer and is in contact with source electrode 30 . The source layer 40 is in contact with the gate insulating film 22 at the upper end of the trench 20 .

ボディ層42は、p型層であり、ソース層40の側方と下側に配置されている。ボディ層42によって、ソース層40が底部層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。ボディ層42は、ボディコンタクト層42a、メインボディ層42b、及び、電界緩和層42cを有している。 The body layer 42 is a p-type layer and is arranged on the sides and below the source layer 40 . Body layer 42 separates source layer 40 from bottom layer 46 , high concentration layer 48 , drift layer 50 , and drain layer 52 . The body layer 42 has a body contact layer 42a, a main body layer 42b, and an electric field relaxation layer 42c.

ボディコンタクト層42aは、メインボディ層42b、及び、電界緩和層42cよりも高いp型不純物濃度を有している。ボディコンタクト層42aは、ソース層40の側方に配置されており、ソース電極30に接している。 The body contact layer 42a has a higher p-type impurity concentration than the main body layer 42b and the electric field relaxation layer 42c. Body contact layer 42 a is arranged on the side of source layer 40 and is in contact with source electrode 30 .

メインボディ層42bは、ソース層40とボディコンタクト層42aの下側に配置されている。メインボディ層42bは、ボディ層42のうちのトレンチ20の底面とソース層40の間の深さ範囲内に位置する部分である。メインボディ層42bは、ソース層40の下側でゲート絶縁膜22に接している。 The main body layer 42b is arranged below the source layer 40 and the body contact layer 42a. The main body layer 42 b is a portion of the body layer 42 located within the depth range between the bottom surface of the trench 20 and the source layer 40 . The main body layer 42 b is in contact with the gate insulating film 22 below the source layer 40 .

電界緩和層42cは、メインボディ層42bの下側に配置されている。電界緩和層42cは、ボディ層42のうちのトレンチ20の底面よりも下側に位置する部分である。電界緩和層42cは、メインボディ層42bと略同じp型不純物濃度を有している。電界緩和層42cは、トレンチ20の直下には存在していない。 The electric field relaxation layer 42c is arranged below the main body layer 42b. The electric field relaxation layer 42 c is a portion of the body layer 42 located below the bottom surface of the trench 20 . The electric field relaxation layer 42c has substantially the same p-type impurity concentration as the main body layer 42b. The electric field relaxation layer 42 c does not exist directly below the trench 20 .

底部層46は、n型層であり、トレンチ20の直下に配置されている。底部層46は、トレンチ20の底面においてゲート絶縁膜22に接している。底部層46は、2つの電界緩和層42cの間に配置されている。 Bottom layer 46 is an n-type layer and is located directly below trench 20 . Bottom layer 46 contacts gate insulating film 22 at the bottom of trench 20 . The bottom layer 46 is arranged between the two field relief layers 42c.

高濃度層48は、n型層であり、底部層46の直下に配置されている。高濃度層48は、底部層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。 Dense layer 48 is an n-type layer and is located directly below bottom layer 46 . High concentration layer 48 has a higher n-type impurity concentration than bottom layer 46 and drift layer 50 .

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42cの下側に配置されている。 The drift layer 50 is an n-type layer and is arranged below the high-concentration layer 48 and the electric field relaxation layer 42c.

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 drain layer 52 is an n-type layer and is arranged below the drift layer 50 . The drain layer 52 has a higher n-type impurity concentration than the drift layer 50 . The drain layer 52 is in contact with the drain electrode 32 .

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近傍のメインボディ層42bにチャネルが形成され、チャネルによってソース層40が底部層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、底部層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。底部層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 element 10 is used, a potential higher than that of the source electrode 30 is applied to the drain electrode 32 . When the potential of the gate electrode 24 is raised above the gate threshold, a channel is formed in the main body layer 42b near the gate insulating film 22, and the channel connects the source layer 40 to the bottom layer 46. FIG. Electrons then flow from the source electrode 30 to the drain electrode 32 via the source layer 40 , the channel, the bottom layer 46 , the high concentration layer 48 , the drift layer 50 and the drain layer 52 . That is, the switching element 10 is turned on. The high-concentration layer 48 having a high n-type impurity concentration is provided under the bottom layer 46, thereby reducing the resistance of the path through which electrons flow. Therefore, this switching element 10 has a low on-resistance.

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から底部層46、高濃度層48、及び、ドリフト層50へ空乏層が広がる。底部層46、高濃度層48、及び、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。また、このスイッチング素子10では、底部層46の横に電界緩和層42cが配置されており、底部層46が電界緩和層42cによって挟まれている。したがって、底部層46が両側の電界緩和層42cから伸びる空乏層によって空乏化される。このため、スイッチング素子10がオフすると、底部層46へ瞬時に空乏層が広がり、トレンチ20の底面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42cによって、トレンチ20の底面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 gate electrode 24 is lowered below the gate threshold, the channel disappears and the switching element 10 is turned off. When the switching element 10 is turned off, a depletion layer spreads from the body layer 42 to the bottom layer 46 , the high concentration layer 48 and the drift layer 50 . A potential difference between the body layer 42 and the drain layer 52 is maintained by the bottom layer 46 , the heavily doped layer 48 , and the depletion layer extending through the drift layer 50 . Further, in the switching element 10, the electric field relaxation layers 42c are arranged beside the bottom layer 46, and the bottom layer 46 is sandwiched between the electric field relaxation layers 42c. Therefore, the bottom layer 46 is depleted by depletion layers extending from the electric field relaxation layers 42c on both sides. Therefore, when the switching element 10 is turned off, the depletion layer instantly spreads to the bottom layer 46 , and concentration of the electric field on the gate insulating film 22 near the bottom of the trench 20 is suppressed. That is, the electric field generated in the vicinity of the bottom surface of the trench 20 is alleviated by the electric field relaxation layer 42c. Therefore, this switching element 10 has a high breakdown voltage.

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/cm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2.3μmであり、p型不純物濃度が約5×1017/cmであるボディ層42を形成する。 Next, a method for manufacturing the switching element 10 will be described. The switching element 10 is manufactured from a semiconductor wafer having a drain layer 52 made of GaN. First, as shown in FIG. 2, the n-type drift layer 50 made of GaN is epitaxially grown on the drain layer 52 . Here, the drift layer 50 having a thickness of about 4.9 μm and an n-type impurity concentration of about 2×10 16 /cm 3 is formed. Next, a p-type body layer 42 made of GaN is epitaxially grown on the drift layer 50 . Here, a body layer 42 having a thickness of about 2.3 μm and a p-type impurity concentration of about 5×10 17 /cm 3 is formed.

次に、図3に示すように、ボディ層42の表面に、ボディ層42内に底面を有するトレンチ20を形成する。 Next, as shown in FIG. 3, a trench 20 having a bottom surface within the body layer 42 is formed in the surface of the body layer 42 .

次に、図4に示すように、ボディ層42の表面に、トレンチ20を覆わないようにマスク60を形成する。そして、マスク60を介して、トレンチ20の底面に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4の範囲62に示すように、トレンチ20の底面からドリフト層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内のボディ層42をn型化し、図5に示すようにトレンチ20の直下のボディ層42内にn型の底部層46を形成する。ここでは、n型不純物濃度が約5.5×1017/cmである底部層46を形成する。また、底部層46の直下には、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及び底部層46よりも高いn型不純物濃度を有する。また、n型化しなかったボディ層42のうち、トレンチ20の底面よりも下側の部分は、電界緩和層42cとなる。n型化しなかったボディ層42のうち、トレンチ20の底面よりも上側の部分は、メインボディ層42bとなる。 Next, as shown in FIG. 4, a mask 60 is formed on the surface of the body layer 42 so as not to cover the trench 20 . Then, an n-type impurity (for example, Si (silicon)) is ion-implanted into the bottom surface of the trench 20 through the mask 60 . Here, by adjusting the injection energy of the n-type impurities, the n-type impurities are distributed in a depth range extending from the bottom surface of the trench 20 to the drift layer 50 as shown in the range 62 in FIG. to inject. Next, the implanted n-type impurity is activated. This renders body layer 42 in area 62 n-type, forming n-type bottom layer 46 in body layer 42 immediately below trench 20, as shown in FIG. Here, the bottom layer 46 is formed with an n-type impurity concentration of about 5.5×10 17 /cm 3 . A high-concentration layer 48 having a high n-type impurity concentration is formed immediately below the bottom layer 46 by implanting n-type impurities into the n-type drift layer 50 . Heavy layer 48 has a higher n-type impurity concentration than drift layer 50 and bottom layer 46 . In addition, the portion of the body layer 42 that has not been n-typed below the bottom surface of the trench 20 serves as an electric field relaxation layer 42c. Of the body layer 42 that has not been converted to the n-type, the portion above the bottom surface of the trench 20 becomes the main body layer 42b.

次に、図1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、メインボディ層42bの一部に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、ソース層40とボディコンタクト層42a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、ボディ層42の表面を覆うようにソース電極30を形成する。次に、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. 1, a gate insulating film 22 and a gate electrode 24 are formed inside the trench 20 . Next, the source layer 40 and the body contact layer 42a are formed by selectively implanting n-type impurities and p-type impurities into a part of the main body layer 42b. Next, an interlayer insulating film 26 is formed on the surface of the gate electrode 24 . Furthermore, the source electrode 30 is formed so as to cover the surfaces of the interlayer insulating film 26, the source layer 40, and the body layer 42. Next, as shown in FIG. Next, the drain electrode 32 is formed on the back surface of the drain layer 52 . By performing the above steps, the switching element 10 shown in FIG. 1 is completed.

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ボディ層42の一部が電界緩和層42c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トレンチ20の底面よりも下側に突出するp型の電界緩和層42cを形成することができる。すなわち、実施形態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、実施形態の製造方法によれば、スイッチング素子10を好適に製造することができる。 As described above, according to this manufacturing method, part of the body layer 42 formed by epitaxial growth serves as the electric field relaxation layer 42c. That is, by epitaxial growth, the p-type electric field relaxation layer 42c made of GaN and projecting downward from the bottom surface of the trench 20 can be formed. That is, according to the manufacturing method of the embodiment, each semiconductor layer can be formed by epitaxial growth and n-type impurity ion implantation without performing p-type impurity ion implantation. Epitaxial growth and n-type impurity ion implantation can be suitably performed on GaN-based semiconductors. Therefore, according to the manufacturing method of the embodiment, the switching element 10 can be suitably manufactured.

また、この製造方法によれば、底部層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42cから伸びる空乏層がトレンチ20の底面周辺まで広がり易く、トレンチ20の底面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, the high-concentration layer 48 having a high n-type impurity concentration can be formed under the bottom layer 46, so that the on-resistance of the switching element 10 can be reduced. Further, since the high-concentration layer 48 is formed at a position not in contact with the trench 20, the depletion layer extending from the electric field relaxation layer 42c easily spreads to the vicinity of the bottom of the trench 20, effectively alleviating the electric field concentration at the bottom of the trench 20. be able to.

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 in this specification are listed below. Each of the following technical elements is independently useful.

本明細書が開示する一例の製造方法においては、底部層を形成する工程では、ボディ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、底部層の下部に底部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 one example of the manufacturing method disclosed in the present specification, in the step of forming the bottom layer, n-type impurities are implanted into a range extending from the body layer to the drift layer, so that the bottom layer and the drift layer are located below the bottom layer. Alternatively, a high-concentration layer having a high n-type impurity concentration 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。 With this configuration, the ON resistance of the switching element can be reduced.

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, they are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or in 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 exemplified in this specification or drawings simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of them has technical utility in itself.

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
42a :ボディコンタクト層
42b :メインボディ層
42c :電界緩和層
46 :底部層
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 42a: body contact layer 42b: main body Layer 42c: electric field relaxation layer 46: bottom layer 48: high concentration layer 50: drift layer 52: drain layer

Claims (1)

スイッチング素子の製造方法であって、
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、
前記ボディ層の表面に、底面が前記ボディ層内に位置するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの前記底面にn型不純物を注入することによって、前記ボディ層内に、前記トレンチの前記底面から前記ドリフト層まで分布するn型の底部層を形成する工程と、
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、
前記トレンチ、前記底部層、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極の形成前または形成後に、前記ボディ層内にn型のソース層を形成する工程、
を有し、
前記トレンチ、前記底部層、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極及び前記ソース層の形成後に、前記ソース層が、前記ボディ層によって前記底部層から分離されており、前記ゲート絶縁膜に接しており、
前記底部層を形成する前記工程では、前記ボディ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、前記底部層の下部に前記底部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。
A method for manufacturing a switching element,
epitaxially growing a p-type body layer made of a GaN-based semiconductor on an n-type drift layer made of a GaN-based semiconductor;
forming a trench in the surface of the body layer, the bottom of which is located within the body layer;
forming an n-type bottom layer in the body layer distributed from the bottom surface of the trench to the drift layer by implanting an n-type impurity into the bottom surface of the trench;
forming a gate insulating film and a gate electrode in the trench;
forming an n-type source layer in the body layer before or after forming the trench, the bottom layer, the gate insulating film and the gate electrode ;
has
after forming the trench, the bottom layer, the gate insulating film, the gate electrode and the source layer, the source layer is separated from the bottom layer by the body layer and is in contact with the gate insulating film;
In the step of forming the bottom layer, by implanting n-type impurities into a range spanning from the body layer to the drift layer, a lower portion of the bottom layer has a higher n-type impurity concentration than the bottom layer and the drift layer. A manufacturing method for forming a highly concentrated layer .
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017028236A (en) 2015-07-16 2017-02-02 富士電機株式会社 Semiconductor device
JP2017069270A (en) 2015-09-28 2017-04-06 富士電機株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2017123378A (en) 2016-01-05 2017-07-13 富士電機株式会社 Mosfet

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011165777A (en) 2010-02-08 2011-08-25 Advanced Power Device Research Association Gallium nitride semiconductor device, and method of manufacturing the same
JP2017028236A (en) 2015-07-16 2017-02-02 富士電機株式会社 Semiconductor device
JP2017069270A (en) 2015-09-28 2017-04-06 富士電機株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same
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