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JP7380236B2 - semiconductor equipment - Google Patents
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Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献1は、窒化物半導体層と、窒化物半導体層の表面に設けられているソース電極と、窒化物半導体層の裏面に設けられているドレイン電極と、を備えた縦型の半導体装置を開示する。窒化物半導体層は、n型のドリフト領域と、ドリフト領域上に設けられているn型のJFET領域と、ドリフト領域上に設けられているとともにJFET領域に隣接しているp型のボディ領域と、ボディ領域によってJFET領域から隔てられているn型のソース領域と、を有している。JFET領域とボディ領域とソース領域は、窒化物半導体層の表面に露出する位置に設けられている。 Patent Document 1 discloses a vertical semiconductor device including a nitride semiconductor layer, a source electrode provided on the front surface of the nitride semiconductor layer, and a drain electrode provided on the back surface of the nitride semiconductor layer. Disclose. The nitride semiconductor layer includes an n-type drift region, an n-type JFET region provided on the drift region, and a p-type body region provided on the drift region and adjacent to the JFET region. , an n-type source region separated from the JFET region by a body region. The JFET region, body region, and source region are provided at positions exposed to the surface of the nitride semiconductor layer.

特開2017-092364号公報JP2017-092364A

窒化物半導体層の表面は、半導体装置を製造する過程で実施されるエッチング処理や絶縁膜成膜等のプロセスダメージを受けている。このため、p型のボディ領域のうちの窒化物半導体層の表面に露出する位置にある部分がn型化することがある。ボディ領域の一部がn型化すると、このn型化したボディ領域の一部を介してオフリーク電流が流れるという問題がある。特に、チャネル抵抗を低減するためにボディ領域の不純物濃度を低くすると、このような問題が顕在化し、オフリーク電流が増加する傾向にある。本明細書は、オフリーク電流を抑制する技術を提供する。 The surface of the nitride semiconductor layer is damaged by processes such as etching and insulating film formation performed in the process of manufacturing semiconductor devices. Therefore, a portion of the p-type body region exposed to the surface of the nitride semiconductor layer may become n-type. When a part of the body region becomes n-type, there is a problem in that an off-leakage current flows through the part of the body region that becomes n-type. In particular, when the impurity concentration in the body region is lowered in order to reduce channel resistance, this problem becomes more apparent and off-leakage current tends to increase. This specification provides a technique for suppressing off-leakage current.

本明細書が開示する半導体装置は、窒化物半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、絶縁ゲート部と、を備えることができる。前記窒化物半導体層は、素子部と、前記素子部の周囲に配置されている周辺耐圧部と、に区画されている。前記ソース電極は、前記窒化物半導体層の一方の主面に設けられている。前記ドレイン電極は、前記窒化物半導体層の他方の主面に設けられている。前記窒化物半導体層は、n型のドリフト領域と、n型のJFET領域と、p型のボディ領域と、n型のソース領域と、バリア領域と、を有することができる。前記ドリフト領域は、前記素子部と前記周辺耐圧部に配置されている。前記JFET領域は、前記素子部に配置されており、前記ドリフト領域上に設けられており、前記窒化物半導体層の前記一方の主面に露出する位置に設けられている。前記ボディ領域は、前記素子部に配置されており、前記ドリフト領域上に設けられており、前記JFET領域に隣接しており、前記窒化物半導体層の前記一方の主面に露出する位置に設けられている。前記ソース領域は、前記素子部に配置されており、前記ボディ領域によって前記JFET領域から隔てられており、前記窒化物半導体層の前記一方の主面に露出する位置に設けられている。前記バリア領域は、前記素子部に配置されており、前記ボディ領域の下面に接しており、前記ボディ領域を介して前記窒化物半導体層の前記一方の主面に対向するように設けられている。前記絶縁ゲート部は、前記素子部に配置されており、前記ソース領域と前記JFET領域を隔てている前記ボディ領域に対向している。前記バリア領域は、前記ソース領域と前記周辺耐圧部の間の前記ボディ領域の下面、及び、前記ソース領域と前記JFET領域の間の前記ボディ領域の下面、の少なくともいずれか一方に接するように配置されている。さらに、前記バリア領域は、前記ボディ領域よりもバンドギャップが大きい材料である。 A semiconductor device disclosed in this specification can include a nitride semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, and an insulated gate portion. The nitride semiconductor layer is divided into an element part and a peripheral breakdown voltage part disposed around the element part. The source electrode is provided on one main surface of the nitride semiconductor layer. The drain electrode is provided on the other main surface of the nitride semiconductor layer. The nitride semiconductor layer can have an n-type drift region, an n-type JFET region, a p-type body region, an n-type source region, and a barrier region. The drift region is arranged in the element section and the peripheral breakdown voltage section. The JFET region is disposed in the element portion, is provided on the drift region, and is provided at a position exposed to the one main surface of the nitride semiconductor layer. The body region is disposed in the element portion, is provided on the drift region, is adjacent to the JFET region, and is provided at a position exposed to the one main surface of the nitride semiconductor layer. It is being The source region is disposed in the element portion, separated from the JFET region by the body region, and provided at a position exposed to the one main surface of the nitride semiconductor layer. The barrier region is disposed in the element portion, is in contact with a lower surface of the body region, and is provided so as to face the one main surface of the nitride semiconductor layer via the body region. . The insulated gate portion is disposed in the element portion and faces the body region separating the source region and the JFET region. The barrier region is arranged to be in contact with at least one of a lower surface of the body region between the source region and the peripheral breakdown voltage section and a lower surface of the body region between the source region and the JFET region. has been done. Furthermore, the barrier region is made of a material with a larger bandgap than the body region.

上記半導体装置では、前記ボディ領域と前記バリア領域がヘテロ接合を構成しており、このヘテロ接合近傍の前記ボディ領域に2次元ホールガスが誘起される。2次元ホールガスが誘起される部分は、前記ソース領域と前記周辺耐圧部の間の前記ボディ領域、及び、前記ソース領域と前記JFET領域の間の前記ボディ領域、の少なくともいずれか一方である。このボディ領域の部分は、前記窒化物半導体層の前記一方の主面に位置しており、オフリーク電流が流れる経路である。上記半導体装置では、このオフリーク電流が流れる経路に2次元ホールガスが誘起されるので、オフリーク電流が流れる経路を遮断することができる。このように、上記半導体装置では、オフリーク電流が抑制される。 In the semiconductor device, the body region and the barrier region constitute a heterojunction, and a two-dimensional hole gas is induced in the body region near the heterojunction. A portion where two-dimensional hole gas is induced is at least one of the body region between the source region and the peripheral breakdown voltage section, and the body region between the source region and the JFET region. This body region portion is located on the one main surface of the nitride semiconductor layer, and is a path through which an off-leakage current flows. In the semiconductor device described above, two-dimensional hole gas is induced in the path through which the off-leak current flows, so that the path through which the off-leak current flows can be blocked. In this manner, off-leakage current is suppressed in the semiconductor device.

本実施形態の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置のオフリーク電流が抑制される効果を説明する図であり、ソース領域の周囲の要部拡大断面図を示す。FIG. 2 is a diagram illustrating the effect of suppressing off-leakage current in the semiconductor device of the present embodiment, and shows an enlarged cross-sectional view of a main part around a source region. 比較例の半導体装置のオフリーク電流が流れる様子を説明する図であり、ソース領域の周囲の要部拡大断面図を示す。FIG. 3 is a diagram illustrating how an off-leakage current flows in a semiconductor device of a comparative example, and shows an enlarged cross-sectional view of a main part around a source region. 本実施形態の半導体装置の一製造過程における要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one manufacturing process of a semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置の一製造過程における要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one manufacturing process of a semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置の一製造過程における要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one manufacturing process of a semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置の一製造過程における要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one manufacturing process of a semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置の一製造過程における要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one manufacturing process of a semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置の一製造過程における要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one manufacturing process of a semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置の一製造過程における要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one manufacturing process of a semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置の一製造過程における要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one manufacturing process of a semiconductor device of this embodiment. 本実施形態の半導体装置の一製造過程における要部断面図を模式的に示す。1 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one manufacturing process of a semiconductor device of this embodiment.

以下、図面を参照し、本明細書が開示する技術が適用された半導体装置及びその製造方法を説明する。なお、以下に示す実施形態は、本明細書が開示する技術の理解を助けるために、半導体装置の基本構成を簡単化して図示したものであり、実際の半導体装置の形態とは相違する点に留意されたい。 Hereinafter, a semiconductor device to which the technology disclosed in this specification is applied and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings. Note that the embodiments shown below are simplified illustrations of the basic configuration of a semiconductor device in order to facilitate understanding of the technology disclosed in this specification, and the embodiments differ from the actual configuration of the semiconductor device. Please note.

図1に、半導体装置1の要部断面図を示す。半導体装置1は、素子部20Aと周辺耐圧部20Bに区画された窒化物半導体層20、窒化物半導体層20の裏面を被覆するように設けられたドレイン電極32、窒化物半導体層20の表面を被覆するように設けられたソース電極34、及び、窒化物半導体層20の表面上に設けられている絶縁ゲート部36を備えている。周辺耐圧部20Bは、素子部20Aの周囲に設けられており、窒化物半導体層20を平面視したときに、素子部20Aの周囲を一巡するように配置されている。窒化物半導体層20は、n+型のドレイン領域21、n型のドリフト領域22、n型のJFET領域23、p型のボディ領域24、n+型のソース領域25、及び、バリア領域26a,26bを有している。 FIG. 1 shows a sectional view of essential parts of a semiconductor device 1. As shown in FIG. The semiconductor device 1 includes a nitride semiconductor layer 20 divided into an element section 20A and a peripheral voltage breakdown section 20B, a drain electrode 32 provided to cover the back surface of the nitride semiconductor layer 20, and a drain electrode 32 that covers the back surface of the nitride semiconductor layer 20. A source electrode 34 is provided to cover the nitride semiconductor layer 20, and an insulated gate portion 36 is provided on the surface of the nitride semiconductor layer 20. The peripheral breakdown voltage section 20B is provided around the element section 20A, and is arranged so as to go around the periphery of the element section 20A when the nitride semiconductor layer 20 is viewed from above. The nitride semiconductor layer 20 includes an n + type drain region 21, an n type drift region 22, an n type JFET region 23, a p type body region 24, an n + type source region 25, and a barrier region 26a. 26b.

ドレイン領域21は、素子部20Aと周辺耐圧部20Bの双方に設けられており、窒化物半導体層20の裏面に露出する位置に配置されており、ドレイン電極32にオーミック接触している。ドレイン領域21は、n型不純物を含む窒化ガリウム(GaN)である。後述するように、ドレイン領域21は、ドリフト領域22をエピタキシャル成長させるためのGaN基板である。 The drain region 21 is provided in both the element section 20A and the peripheral breakdown voltage section 20B, is placed at a position exposed on the back surface of the nitride semiconductor layer 20, and is in ohmic contact with the drain electrode 32. Drain region 21 is gallium nitride (GaN) containing n-type impurities. As described later, the drain region 21 is a GaN substrate on which the drift region 22 is epitaxially grown.

ドリフト領域22は、素子部20Aと周辺耐圧部20Bの双方に設けられており、ドレイン領域21の表面上に設けられており、ドレイン領域21とJFET領域23の間、且つ、ドレイン領域21とボディ領域24の間に配置されている。ドリフト領域22は、n型不純物を含む窒化ガリウム(GaN)である。 The drift region 22 is provided in both the element section 20A and the peripheral breakdown voltage section 20B, and is provided on the surface of the drain region 21 between the drain region 21 and the JFET region 23 and between the drain region 21 and the body. It is arranged between the regions 24. Drift region 22 is gallium nitride (GaN) containing n-type impurities.

JFET領域23は、素子部20Aに設けられており、ドリフト領域22の表面上に設けられており、ドリフト領域22の表面から突出した形態を有している。JFET領域23は、窒化物半導体層20の表面に露出する位置に配置されている。JFET領域23は、n型不純物を含む窒化ガリウム(GaN)である。この例では、JFET領域23の不純物濃度は、ドリフト領域22の不純物濃度と等しい。 The JFET region 23 is provided in the element section 20A, is provided on the surface of the drift region 22, and has a shape protruding from the surface of the drift region 22. JFET region 23 is arranged at a position exposed to the surface of nitride semiconductor layer 20. JFET region 23 is gallium nitride (GaN) containing n-type impurities. In this example, the impurity concentration of JFET region 23 is equal to the impurity concentration of drift region 22.

ボディ領域24は、素子部20Aに設けられており、ドリフト領域22の表面上に設けられており、JFET領域23に対して面内方向に隣接して配置されている。ボディ領域24は、窒化物半導体層20の表面に露出する位置に配置されており、ソース電極34にオーミック接触している。ボディ領域24は、p型不純物を含む窒化ガリウム(GaN)である。 The body region 24 is provided in the element portion 20A, is provided on the surface of the drift region 22, and is arranged adjacent to the JFET region 23 in the in-plane direction. Body region 24 is placed at a position exposed to the surface of nitride semiconductor layer 20 and is in ohmic contact with source electrode 34 . Body region 24 is gallium nitride (GaN) containing p-type impurities.

ボディ領域24は、ソース領域25の近傍に厚みが薄く調整された薄層ボディ部分24a,24bを有している。薄層ボディ部分24a,24bは、窒化物半導体層20の表面に露出する位置に配置されており、窒化物半導体層20の表面から深さ方向に沿った厚みが、例えば10~50nmである。第1薄層ボディ部分24aは、ソース領域25と周辺耐圧部20Bの間に配置されており、ソース領域25と周辺耐圧部20Bの双方から離反して設けられている。第2薄層ボディ部分24bは、ソース領域25とJFET領域23の間に配置されており、ソース領域25とJFET領域23の双方から離反して設けられている。 The body region 24 has thin body portions 24a and 24b near the source region 25, the thickness of which is adjusted to be thin. The thin body portions 24a and 24b are arranged at positions exposed to the surface of the nitride semiconductor layer 20, and have a thickness of, for example, 10 to 50 nm in the depth direction from the surface of the nitride semiconductor layer 20. The first thin body portion 24a is disposed between the source region 25 and the peripheral voltage breakdown section 20B, and is provided away from both the source region 25 and the peripheral voltage breakdown section 20B. The second thin body portion 24b is disposed between the source region 25 and the JFET region 23, and is spaced apart from both the source region 25 and the JFET region 23.

ソース領域25は、素子部20Aに設けられており、ボディ領域24の表面上に設けられており、ボディ領域24によってJFET領域23から隔てられている。ソース領域25は、窒化物半導体層20の表面に露出する位置に配置されており、ソース電極34にオーミック接触している。ソース領域25は、n型不純物を含む窒化ガリウム(GaN)である。 The source region 25 is provided in the element section 20A, on the surface of the body region 24, and separated from the JFET region 23 by the body region 24. Source region 25 is placed at a position exposed on the surface of nitride semiconductor layer 20 and is in ohmic contact with source electrode 34 . Source region 25 is gallium nitride (GaN) containing n-type impurities.

バリア領域26a,26bは、素子部20Aに設けられており、ボディ領域24のうちの薄層ボディ部分24a,24bの下面に接しており、薄層ボディ部分24a,24bを介して窒化物半導体層20の表面に対向するように配置されている。第1バリア領域26aは、ソース領域25と周辺耐圧部20Bの間に配置されており、第1薄層ボディ部分24aの下面に接している。第2バリア領域26bは、ソース領域25とJFET領域23の間に配置されており、第2薄層ボディ部分24bの下面に接している。バリア領域26a,26bは、ノンドープの窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)である。このため、バリア領域26a,26bは、ボディ領域24よりもバンドギャップが大きい材料で構成されている。したがって、第1バリア領域26aと第1薄層ボディ部分24aがヘテロ接合を構成しており、第2バリア領域26bと第2薄層ボディ部分24bもヘテロ接合を構成している。 The barrier regions 26a and 26b are provided in the element portion 20A, and are in contact with the lower surfaces of the thin body portions 24a and 24b of the body region 24, and are in contact with the nitride semiconductor layer via the thin body portions 24a and 24b. It is arranged so as to face the surface of 20. The first barrier region 26a is arranged between the source region 25 and the peripheral breakdown voltage section 20B, and is in contact with the lower surface of the first thin body portion 24a. The second barrier region 26b is disposed between the source region 25 and the JFET region 23, and is in contact with the lower surface of the second thin body portion 24b. Barrier regions 26a and 26b are made of non-doped aluminum gallium nitride (AlGaN). Therefore, the barrier regions 26a and 26b are made of a material with a larger band gap than the body region 24. Therefore, the first barrier region 26a and the first thin body portion 24a constitute a heterojunction, and the second barrier region 26b and the second thin body portion 24b also constitute a heterojunction.

絶縁ゲート部36は、素子部20Aに設けられており、窒化物半導体層20の表面上の一部に設けられており、酸化シリコンのゲート絶縁膜36a及びポリシリコンのゲート電極36bを有している。ゲート電極36bは、ソース領域25とJFET領域23を隔てるボディ領域24の一部及びJFET領域23の双方にゲート絶縁膜36aを介して対向している。 The insulated gate section 36 is provided in the element section 20A, is provided on a part of the surface of the nitride semiconductor layer 20, and has a gate insulating film 36a made of silicon oxide and a gate electrode 36b made of polysilicon. There is. The gate electrode 36b faces both the JFET region 23 and a part of the body region 24 separating the source region 25 and the JFET region 23, with the gate insulating film 36a interposed therebetween.

窒化物半導体層20の周辺耐圧部20Bには、窒化物半導体層20の表面にリセスR20が形成されている。リセスR20は、窒化物半導体層20の表面からボディ領域24を貫通してドリフト領域22に達する深さを有するように形成されている。このため、ドリフト領域22とボディ領域24のpn接合面は、リセスR20の側面に露出している。リセスR20に対応する窒化物半導体層20の表面上には層間絶縁膜42が被覆されており、その層間絶縁膜42上にソース電極34の一部が延設して設けられている。このようなソース電極34の一部は、フィールドプレートとして機能することができる。半導体装置1では、周辺耐圧部20BにリセスR20及びフィールドプレートの耐圧構造が形成されている。 In the peripheral breakdown voltage section 20B of the nitride semiconductor layer 20, a recess R20 is formed in the surface of the nitride semiconductor layer 20. The recess R20 is formed to have a depth that extends from the surface of the nitride semiconductor layer 20, penetrates the body region 24, and reaches the drift region 22. Therefore, the pn junction surface between the drift region 22 and the body region 24 is exposed on the side surface of the recess R20. The surface of the nitride semiconductor layer 20 corresponding to the recess R20 is covered with an interlayer insulating film 42, and a part of the source electrode 34 is provided extending over the interlayer insulating film 42. A portion of such source electrode 34 can function as a field plate. In the semiconductor device 1, a recess R20 and a field plate breakdown voltage structure are formed in the peripheral voltage breakdown section 20B.

次に、半導体装置1の動作を説明する。使用時には、例えばドレイン電極32に正電圧が印加されるとともにソース電極34が接地される。ゲート電極36bにゲート閾値電圧よりも高い正電圧が印加されると、JFET領域23とソース領域25を隔てるボディ領域24の一部に反転層が形成され、半導体装置1がターンオンする。このとき、反転層を経由してソース領域25からJFET領域23に電子が流入する。JFET領域23に流入した電子は、そのJFET領域23を縦方向に流れてドレイン電極32に向かう。これにより、ドレイン電極32とソース電極34が導通する。 Next, the operation of the semiconductor device 1 will be explained. In use, for example, a positive voltage is applied to the drain electrode 32 and the source electrode 34 is grounded. When a positive voltage higher than the gate threshold voltage is applied to the gate electrode 36b, an inversion layer is formed in a part of the body region 24 separating the JFET region 23 and the source region 25, and the semiconductor device 1 is turned on. At this time, electrons flow from the source region 25 to the JFET region 23 via the inversion layer. The electrons flowing into the JFET region 23 flow vertically through the JFET region 23 toward the drain electrode 32 . As a result, the drain electrode 32 and the source electrode 34 are electrically connected.

ゲート電極36bが接地されると、反転層が消失し、半導体装置1がターンオフする。ここで、図2に、半導体装置1がオフのときのソース領域25の近傍で生じる現象の様子を示す。図3に、変形例の半導体装置がオフのときのソース領域25の近傍で生じる現象の様子を示す。変形例の半導体装置は、ボディ領域24に薄層ボディ部分24a,24bが形成されておらず、さらに、バリア領域26a,26bを有していない例である。なお、変形例の半導体装置において、本実施形態の半導体装置1と共通する構成要素には共通の符号を付している。 When the gate electrode 36b is grounded, the inversion layer disappears and the semiconductor device 1 is turned off. Here, FIG. 2 shows a phenomenon that occurs near the source region 25 when the semiconductor device 1 is off. FIG. 3 shows a phenomenon that occurs in the vicinity of the source region 25 when the modified semiconductor device is off. The semiconductor device of the modification is an example in which thin body portions 24a, 24b are not formed in body region 24, and further, barrier regions 26a, 26b are not provided. Note that, in the semiconductor device of the modification, the same components as those of the semiconductor device 1 of this embodiment are given the same reference numerals.

図3に示されるように、窒化物半導体層20の表面(リセスR20の側面も含む)は、半導体装置を製造する過程で実施されるエッチング処理や絶縁膜成膜等のプロセスダメージによって、p型のボディ領域24のうちの窒化物半導体層20の表面に露出する位置にある部分がn型化している。このため、変形例の半導体装置では、n型化したボディ領域24の一部を介してオフリーク電流が流れている。特に、変形例の半導体装置では、チャネル抵抗を低減するためにボディ領域24の不純物濃度を低くすると、オフリーク電流が増加するという問題がある。 As shown in FIG. 3, the surface of the nitride semiconductor layer 20 (including the side surfaces of the recess R20) has become p-type due to process damage such as etching and insulating film formation performed in the process of manufacturing semiconductor devices. A portion of the body region 24 located at a position exposed to the surface of the nitride semiconductor layer 20 is converted to n-type. Therefore, in the semiconductor device of the modified example, an off-leakage current flows through a part of the n-type body region 24. Particularly, in the modified semiconductor device, when the impurity concentration of the body region 24 is lowered in order to reduce the channel resistance, there is a problem that off-leakage current increases.

一方、図2に示されるように、本実施形態の半導体装置1では、第1バリア領域26aと第1薄層ボディ部分24aがヘテロ接合を構成しており、これにより、第1薄層ボディ部分24aに2次元ホールガスが誘起している。同様に、本実施形態の半導体装置1では、第2バリア領域26bと第2薄層ボディ部分24bがヘテロ接合を構成しており、これにより、第2薄層ボディ部分24bに2次元ホールガスが誘起している。本実施形態の半導体装置1では、オフリーク電流が流れる経路に2次元ホールガスが誘起されるので、オフリーク電流が流れる経路を遮断することができる。このように、半導体装置1では、オフリーク電流が抑制される。また、半導体装置1では、オフリーク電流が抑制されることから、ボディ領域24の不純物濃度を低くすることができ、チャネル抵抗を低くすることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 2, in the semiconductor device 1 of this embodiment, the first barrier region 26a and the first thin body portion 24a constitute a heterojunction, so that the first thin body portion 24a forms a heterojunction. A two-dimensional hole gas is induced in 24a. Similarly, in the semiconductor device 1 of the present embodiment, the second barrier region 26b and the second thin body portion 24b form a heterojunction, which allows two-dimensional hole gas to flow into the second thin body portion 24b. It is inducing. In the semiconductor device 1 of this embodiment, two-dimensional hole gas is induced in the path through which the off-leak current flows, so the path through which the off-leak current flows can be blocked. In this way, in the semiconductor device 1, off-leakage current is suppressed. Furthermore, in the semiconductor device 1, since off-leakage current is suppressed, the impurity concentration of the body region 24 can be lowered, and the channel resistance can be lowered.

本実施形態の半導体装置1では、ソース領域25と周辺耐圧部20Bの間に第1バリア領域26aと第1薄層ボディ部分24aによるオフリーク電流遮断構造が形成されており、さらに、ソース領域25とJFET領域23の間にも第2バリア領域26bと第2薄層ボディ部分24bによるオフリーク電流遮断構造が形成されている。この例に代えて、いずれか一方のみのオフリーク電流遮断構造が形成されていてもよい。 In the semiconductor device 1 of this embodiment, an off-leakage current blocking structure is formed between the source region 25 and the peripheral breakdown voltage section 20B by the first barrier region 26a and the first thin body portion 24a. An off-leakage current blocking structure is also formed between the JFET region 23 by a second barrier region 26b and a second thin body portion 24b. Instead of this example, only one of the off-leak current blocking structures may be formed.

また、本実施形態の半導体装置1では、ソース領域25と周辺耐圧部20Bの間を完全に遮るように、第1バリア領域26aと第1薄層ボディ部分24aによるオフリーク電流遮断構造が形成されている。換言すると、窒化物半導体層20を平面視したときに、いずれの位置においても、ソース領域25と周辺耐圧部20Bの間に第1バリア領域26aと第1薄層ボディ部分24aによるオフリーク電流遮断構造が配置されている。この例に代えて、ソース領域25と周辺耐圧部20Bの間の一部のみにオフリーク電流遮断構造が形成されていてもよい。同様に、本実施形態の半導体装置1では、ソース領域25とJFET領域23の間を完全に遮るように、第2バリア領域26bと第2薄層ボディ部分24bによるオフリーク電流遮断構造が形成されている。換言すると、窒化物半導体層20を平面視したときに、いずれの位置においても、ソース領域25とJFET領域23の間に第2バリア領域26bと第2薄層ボディ部分24bによるオフリーク電流遮断構造が配置されている。この例に代えて、ソース領域25とJFET領域23の間の一部のみにオフリーク電流遮断構造が形成されていてもよい。 Furthermore, in the semiconductor device 1 of this embodiment, an off-leakage current blocking structure is formed by the first barrier region 26a and the first thin body portion 24a so as to completely block the gap between the source region 25 and the peripheral breakdown voltage section 20B. There is. In other words, when the nitride semiconductor layer 20 is viewed in plan, an off-leakage current blocking structure is created between the source region 25 and the peripheral voltage-resistant portion 20B by the first barrier region 26a and the first thin body portion 24a at any position. is located. Instead of this example, the off-leakage current blocking structure may be formed only in a portion between the source region 25 and the peripheral breakdown voltage section 20B. Similarly, in the semiconductor device 1 of this embodiment, an off-leakage current blocking structure is formed by the second barrier region 26b and the second thin body portion 24b so as to completely block the gap between the source region 25 and the JFET region 23. There is. In other words, when the nitride semiconductor layer 20 is viewed in plan, there is an off-leakage current blocking structure between the source region 25 and the JFET region 23 by the second barrier region 26b and the second thin body portion 24b at any position. It is located. Instead of this example, the off-leakage current blocking structure may be formed only in a portion between the source region 25 and the JFET region 23.

(半導体装置の製造方法)
次に、半導体装置1の製造方法を説明する。まず、図4に示されるように、結晶成長技術を利用して、GaN基板であるドレイン領域21の表面からn型GaNのドリフト領域22を結晶成長し、窒化物半導体層20を準備する。
(Method for manufacturing semiconductor devices)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 will be explained. First, as shown in FIG. 4, a nitride semiconductor layer 20 is prepared by growing an n-type GaN drift region 22 from the surface of a drain region 21, which is a GaN substrate, using a crystal growth technique.

次に、図5に示されるように、ドライエッチング技術を利用して、ボディ領域24の形成領域に対応した範囲に、ボディ領域24の形成領域よりも浅い溝120を形成する。 Next, as shown in FIG. 5, a groove 120 shallower than the formation region of the body region 24 is formed in a range corresponding to the formation region of the body region 24 using a dry etching technique.

次に、図6に示されるように、結晶成長技術を利用して、窒化物半導体層20の表面上(溝120の内面上も含む)にノンドープのAlGaNのバリア層126を成膜する。 Next, as shown in FIG. 6, a non-doped AlGaN barrier layer 126 is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 20 (including on the inner surface of the trench 120) using a crystal growth technique.

次に、図7に示されるように、ドライエッチング技術を利用して、溝120を再エッチングし、ボディ領域24の形成領域に対応した範囲に溝122を形成する。このとき、ボディ領域24のうちの薄層ボディ部分24a,24b(図1参照)の形成領域に対応する範囲は再エッチングしない。これにより、溝122内に残存するバリア層126の一部が第1バリア領域26aと第2バリア領域26bとなる。 Next, as shown in FIG. 7, the groove 120 is re-etched using a dry etching technique to form a groove 122 in a range corresponding to the region where the body region 24 is to be formed. At this time, a region of the body region 24 corresponding to the formation region of the thin body portions 24a and 24b (see FIG. 1) is not re-etched. As a result, a portion of the barrier layer 126 remaining in the groove 122 becomes the first barrier region 26a and the second barrier region 26b.

次に、図8に示されるように、結晶成長技術を利用して、溝122を埋めるようにp型GaNのボディ領域24を成膜する。 Next, as shown in FIG. 8, a p-type GaN body region 24 is formed to fill the trench 122 using a crystal growth technique.

次に、図9に示されるように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)技術を利用して、溝122の内部以外に成膜されたボディ領域24を除去する。このとき、バリア層126は、CMPストッパとしても機能することができる。なお、バリア層126は、ボディ領域24と同時にCMP工程によって除去されてもよく、CMP工程の後にドライエッチング技術を利用して除去されてもよい。 Next, as shown in FIG. 9, the body region 24 formed outside the trench 122 is removed using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique. At this time, the barrier layer 126 can also function as a CMP stopper. Note that the barrier layer 126 may be removed simultaneously with the body region 24 by a CMP process, or may be removed using a dry etching technique after the CMP process.

次に、図10に示されるように、ドライエッチング技術を利用して、周辺耐圧部20Bに対応する範囲の窒化物半導体層20の表面にリセスR20を形成する。リセスR20は、ボディ領域24よりも深くなるように形成される。 Next, as shown in FIG. 10, a recess R20 is formed in the surface of the nitride semiconductor layer 20 in a range corresponding to the peripheral voltage breakdown section 20B using a dry etching technique. Recess R20 is formed to be deeper than body region 24.

次に、図11に示されるように、イオン注入技術を利用して、ボディ領域24の一部にn型ドーパント(例えばシリコン)を導入し、ソース領域25を形成する。次に、アニール技術を利用して、ボディ領域24及びソース領域25を活性化する。 Next, as shown in FIG. 11, an n-type dopant (for example, silicon) is introduced into a portion of the body region 24 using ion implantation technology to form a source region 25. Next, body region 24 and source region 25 are activated using an annealing technique.

次に、図12に示されるように、例えばCVD技術を利用して、層間絶縁膜42及びゲート絶縁膜36aを成膜する。最後に、ソース電極34、ゲート電極36b及びドレイン電極32の各種電極を形成し、半導体装置1が完成する。 Next, as shown in FIG. 12, an interlayer insulating film 42 and a gate insulating film 36a are formed using, for example, CVD technology. Finally, various electrodes such as the source electrode 34, the gate electrode 36b, and the drain electrode 32 are formed, and the semiconductor device 1 is completed.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely illustrative and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes to the specific examples illustrated above. Further, the technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as filed. Furthermore, the techniques illustrated in this specification or the drawings can achieve multiple objectives simultaneously, and achieving one of the objectives has technical utility in itself.

1 :半導体装置
20 :窒化物半導体層
20A :素子部
20B :周辺耐圧部
21 :ドレイン領域
22 :ドリフト領域
23 :JFET領域
24 :ボディ領域
24a :第1薄層ボディ部分
24b :第2薄層ボディ部分
25 :ソース領域
26 :バリア層
26a :第1バリア領域
26b :第2バリア領域
32 :ドレイン電極
34 :ソース電極
36 :絶縁ゲート部
36a :ゲート絶縁膜
36b :ゲート電極
42 :層間絶縁膜
R20 :リセス
1: Semiconductor device 20: Nitride semiconductor layer 20A: Element section 20B: Peripheral breakdown region 21: Drain region 22: Drift region 23: JFET region 24: Body region 24a: First thin layer body portion 24b: Second thin layer body Portion 25: Source region 26: Barrier layer 26a: First barrier region 26b: Second barrier region 32: Drain electrode 34: Source electrode 36: Insulated gate portion 36a: Gate insulating film 36b: Gate electrode 42: Interlayer insulating film R20: recess

Claims (1)

素子部と、前記素子部の周囲に配置されている周辺耐圧部と、に区画されている窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層の一方の主面に設けられているソース電極と、
前記窒化物半導体層の他方の主面に設けられているドレイン電極と、
絶縁ゲート部と、を備えており、
前記窒化物半導体層は、
前記素子部と前記周辺耐圧部に配置されているn型のドリフト領域と、
前記素子部に配置されており、前記ドリフト領域上に設けられており、前記窒化物半導体層の前記一方の主面に露出する位置に設けられているn型のJFET領域と、
前記素子部に配置されており、前記ドリフト領域上に設けられており、前記JFET領域に隣接しており、前記窒化物半導体層の前記一方の主面に露出する位置に設けられているp型のボディ領域であって、前記窒化物半導体層の前記一方の主面から深さ方向に沿った厚みが10~50nmに調整された薄層ボディ部分を有する、ボディ領域と、
前記素子部に配置されており、前記ボディ領域によって前記JFET領域から隔てられており、前記窒化物半導体層の前記一方の主面に露出する位置に設けられているn型のソース領域と、
前記素子部に配置されており、前記ボディ領域の前記薄層ボディ部分の下面に接しており、前記ボディ領域の前記薄層ボディ部分を介して前記窒化物半導体層の前記一方の主面に対向するように設けられているバリア領域と、を有しており、
前記絶縁ゲート部は、前記素子部に配置されており、前記ソース領域と前記JFET領域を隔てている前記ボディ領域に対向しており、
前記バリア領域は、前記ソース領域と前記周辺耐圧部の間の前記ボディ領域の前記薄層ボディ部分の下面、及び、前記ソース領域と前記JFET領域の間の前記ボディ領域の前記薄層ボディ部分の下面、の少なくともいずれか一方に接するように配置されており、
前記バリア領域は、前記ボディ領域よりもバンドギャップが大きい材料である、半導体装置。
a nitride semiconductor layer partitioned into an element part and a peripheral breakdown voltage part disposed around the element part;
a source electrode provided on one main surface of the nitride semiconductor layer;
a drain electrode provided on the other main surface of the nitride semiconductor layer;
It is equipped with an insulated gate section,
The nitride semiconductor layer is
an n-type drift region disposed in the element section and the peripheral breakdown voltage section;
an n-type JFET region disposed in the element portion, provided on the drift region, and provided at a position exposed to the one main surface of the nitride semiconductor layer;
A p-type layer is disposed in the element portion, is provided on the drift region, is adjacent to the JFET region, and is provided at a position exposed to the one main surface of the nitride semiconductor layer. a body region having a thin layer body portion whose thickness along the depth direction from the one main surface of the nitride semiconductor layer is adjusted to 10 to 50 nm;
an n-type source region disposed in the element portion, separated from the JFET region by the body region, and provided at a position exposed to the one main surface of the nitride semiconductor layer;
disposed in the element portion, in contact with a lower surface of the thin body portion of the body region, and facing the one main surface of the nitride semiconductor layer via the thin body portion of the body region; a barrier area provided to
The insulated gate portion is disposed in the element portion and faces the body region separating the source region and the JFET region,
The barrier region includes a lower surface of the thin body portion of the body region between the source region and the peripheral breakdown voltage region, and a lower surface of the thin body portion of the body region between the source region and the JFET region. is arranged so as to be in contact with at least one of the lower surfaces,
In the semiconductor device, the barrier region is made of a material having a larger band gap than the body region.
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