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公開番号2024126913
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023035666
出願日2023-03-08
発明の名称窒化物半導体装置とその製造方法
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01L 29/78 20060101AFI20240912BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】耐圧低下が抑制された窒化物半導体装置を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置1は、導電層11と、前記導電層の上面の少なくとも一部に設けられている窒化物半導体の凸領域12と、前記導電層の上方に設けられているn型のドリフト層13であって、前記凸領域の上方において上向きに先細り形状の先細り領域13bを含む、ドリフト層と、前記ドリフト層の前記先細り領域に隣接しているp型のボディ層14と、を備え、前記ドリフト層及び前記ボディ層がエピ層10である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
窒化物半導体装置（１，２，３，４，５，６，７，８）であって、
導電層（１１，２２，１０３）と、
前記導電層の上面の少なくとも一部に設けられている窒化物半導体の凸領域（１２，１１２，２１２）と、
前記導電層の上方に設けられているｎ型のドリフト層（１３）であって、前記凸領域の上方において上向きに先細り形状の先細り領域（１３ｂ）を含む、ドリフト層と、
前記ドリフト層の前記先細り領域に隣接しているｐ型のボディ層（１４）と、を備え、
前記ドリフト層及び前記ボディ層がエピ層（１０）である、窒化物半導体装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記導電層がｎ型の窒化物半導体層（１１，１０３）であり、
前記ドリフト層のｎ型不純物濃度が前記窒化物半導体層のｎ型不純物濃度よりも低い、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記凸領域（１２，２１２）は、前記窒化物半導体層の一部によって構成されている、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記凸領域は、その下端部に幅狭部（１１２ｂ）を有している、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記導電層の上面に設けられているとともに開口（４２ａ）を有するマスク層（４２）であって、前記開口を通過して前記凸領域の前記幅狭部が配置されている、マスク層、をさらに備えている、請求項４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記凸領域は、前記ドリフト層よりもｎ型不純物濃度が高い、請求項５に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記ボディ層の下端（１４ａ）は、前記凸領域の上端（１２ａ）よりも上方に位置する、請求項１～６のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
窒化物半導体装置（１，２，３，６，７，８）の製造方法であって、
ｎ型の窒化物半導体層（１１）の上面をエッチングして凸領域（１２，２１２）を形成する凸領域形成工程と、
前記窒化物半導体層の上面から結晶成長して前記窒化物半導体層よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型のドリフト層（１３）を成膜する工程であって、前記ドリフト層は前記窒化物半導体層の上方に設けられており、前記凸領域の上方において上向きに先細り形状の先細り領域（１３ｂ）を含む、ドリフト層成膜工程と、
前記ドリフト層の上面から結晶成長してｐ型のボディ層（１４）を成膜する工程であって、前記ボディ層は前記ドリフト層の前記先細り領域に隣接している、ボディ層成膜工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
窒化物半導体装置（４）の製造方法であって、
窒化物半導体層（１１，１０３）の上面にマスク層（４２）を形成する工程であって、前記マスク層は開口（４２ａ）を有する、マスク層形成工程と、
前記マスク層の開口から露出する前記窒化物半導体層の前記上面から結晶成長して凸領域（１１２）を形成する凸領域形成工程と、
前記マスク層を除去するマスク層除去工程と、
前記窒化物半導体層の前記上面から結晶成長してｎ型のドリフト層（１３）を成膜する工程であって、前記ドリフト層は前記窒化物半導体層の上方に設けられており、前記凸領域の上方において上向きに先細り形状の先細り領域（１３ｂ）を含む、ドリフト層成膜工程と、
前記ドリフト層の上面から結晶成長してｐ型のボディ層（１４）を成膜する工程であって、前記ボディ層は前記ドリフト層の前記先細り領域に隣接している、ボディ層成膜工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
窒化物半導体装置（４，５）の製造方法であって、
窒化物半導体層（１１，１０３）の上面にマスク層（４２）を形成する工程であって、前記マスク層は開口（４２ａ）を有する、マスク層形成工程と、
前記マスク層の開口から露出する前記窒化物半導体層の前記上面から結晶成長して凸領域（１１２）を形成する凸領域形成工程と、
前記凸領域から結晶成長してｎ型のドリフト層（１３）を成膜する工程であって、前記ドリフト層は前記窒化物半導体層の上方に設けられており、前記凸領域の上方において上向きに先細り形状の先細り領域（１３ｂ）を含む、ドリフト層成膜工程と、
前記ドリフト層の上面から結晶成長してｐ型のボディ層（１４）を成膜する工程であって、前記ボディ層は前記ドリフト層の前記先細り領域に隣接している、ボディ層成膜工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、窒化物半導体装置とその製造方法に関する。
続きを表示（約 4,000 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体装置は、ｎ型のドリフト層上にｐ型のボディ層が部分的に設けられた構造を有しいている。ｐ型のボディ層を形成するためには、イオン注入技術又は再エピ成長技術のいずれかが選択され得る。しかしながら、窒化物半導体で構成された半導体層にイオン注入技術を利用して高活性なｐ型の拡散領域を形成することは難しい。このため、特許文献１及び特許文献２は、再エピ成長技術を利用してドリフト層上にボディ層を形成する技術を提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－６０９８５号公報
特開２０２１－９００１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者らの検討によると、再エピ層のうち初期層は、例えばシリコン、酸素、炭素等の不純物が多く取り込まれ、高濃度なｎ型領域になることが分かってきた。このような高濃度なｎ型領域の存在は、窒化物半導体装置の耐圧を低下させ得る。本明細書は、耐圧低下が抑制された窒化物半導体装置とその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する窒化物半導体装置（１，２，３，４，５，６，７，８）は、導電層（１１，２２，１０３）と、前記導電層の上面の少なくとも一部に設けられている窒化物半導体の凸領域（１２，１１２，２１２）と、前記導電層の上方に設けられているｎ型のドリフト層（１３）であって、前記凸領域の上方において上向きに先細り形状の先細り領域（１３ｂ）を含む、ドリフト層と、前記ドリフト層の前記先細り領域に隣接しているｐ型のボディ層（１４）と、を備えていてもよい。前記導電層は、不純物を含む半導体であってもよく、又は、金属であってもよい。前記ドリフト層及び前記ボディ層がエピ層（１０）であってもよい。この窒化物半導体装置では、前記ドリフト層及び前記ボディ層がエピ層で構成されているので、これらエピ層を再エピ成長させるときの初期層に形成される高濃度なｎ型領域は、少なくとも前記凸領域の周囲に形成される。この窒化物半導体装置では、前記ドリフト層が前記凸領域の上方に設けられているので、高濃度なｎ型領域とｐ型の前記ボディ層の間には前記ドリフト層が介在する。さらに、前記ドリフト層は、前記凸領域の上方において前記先細り領域を含む。このため、前記先細り領域に隣接する前記ボディ層は、前記凸領域から離れる向きに傾斜している。このように、本明細書が開示する窒化物半導体装置は、高濃度なｎ型領域とｐ型の前記ボディ層の間に距離が確保されるので、耐圧低下が抑制された構造を有している。
【０００６】
本明細書が開示する窒化物半導体装置（１，２，３，６，７，８）の１つの製造方法は、ｎ型の窒化物半導体層（１１）の上面をエッチングして凸領域（１２，２１２）を形成する凸領域形成工程と、前記窒化物半導体層の上面から結晶成長して前記窒化物半導体層よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型のドリフト層（１３）を成膜する工程であって、前記ドリフト層は前記窒化物半導体層の上方に設けられており、前記凸領域の上方において上向きに先細り形状の先細り領域（１３ｂ）を含む、ドリフト層成膜工程と、前記ドリフト層の上面から結晶成長してｐ型のボディ層（１４）を成膜する工程であって、前記ボディ層は前記ドリフト層の前記先細り領域に隣接している、ボディ層成膜工程と、を備えていてもよい。この製造方法によると、耐圧低下が抑制された構造を有する窒化物半導体装置を製造することができる。
【０００７】
本明細書が開示する窒化物半導体装置（４）の１つの製造方法は、窒化物半導体層（１１，１０３）の上面にマスク層（４２）を形成する工程であって、前記マスク層は開口（４２ａ）を有する、マスク層形成工程と、前記マスク層の開口から露出する前記窒化物半導体層の前記上面から結晶成長して凸領域（１１２）を形成する凸領域形成工程と、
前記マスク層を除去するマスク層除去工程と、前記窒化物半導体層の前記上面から結晶成長してｎ型のドリフト層（１３）を成膜する工程であって、前記ドリフト層は前記窒化物半導体層の上方に設けられており、前記凸領域の上方において上向きに先細り形状の先細り領域（１３ｂ）を含む、ドリフト層成膜工程と、前記ドリフト層の上面から結晶成長してｐ型のボディ層（１４）を成膜する工程であって、前記ボディ層は前記ドリフト層の前記先細り領域に隣接している、ボディ層成膜工程と、を備えていてもよい。この製造方法によると、耐圧低下が抑制された構造を有する窒化物半導体装置を製造することができる。
【０００８】
本明細書が開示する窒化物半導体装置（４，５）の１つの製造方法は、窒化物半導体層（１１，１０３）の上面にマスク層（４２）を形成する工程であって、前記マスク層は開口（４２ａ）を有する、マスク層形成工程と、前記マスク層の開口から露出する前記窒化物半導体層の前記上面から結晶成長して凸領域（１１２）を形成する凸領域形成工程と、前記凸領域から結晶成長してｎ型のドリフト層（１３）を成膜する工程であって、前記ドリフト層は前記窒化物半導体層の上方に設けられており、前記凸領域の上方において上向きに先細り形状の先細り領域（１３ｂ）を含む、ドリフト層成膜工程と、前記ドリフト層の上面から結晶成長してｐ型のボディ層（１４）を成膜する工程であって、前記ボディ層は前記ドリフト層の前記先細り領域に隣接している、ボディ層成膜工程と、を備えていてもよい。この製造方法によると、耐圧低下が抑制された構造を有する窒化物半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
窒化物半導体装置の一実施形態の要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
窒化物半導体装置の一実施形態の要部断面図を模式的に示す。
図１５に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１５に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１５に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１５に示す窒化物半導体装置の変形例の要部断面図を模式的に示す。
図１９に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図１９に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
窒化物半導体装置の一実施形態の要部断面図を模式的に示す。
窒化物半導体装置の一実施形態の要部断面図を模式的に示す。
図２３に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図２３に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図２３に示す窒化物半導体装置の変形例の要部断面図を模式的に示す。
図２３に示す窒化物半導体装置の変形例の要部断面図を模式的に示す。
図２３に示す窒化物半導体装置の変形例の要部断面図を模式的に示す。
窒化物半導体装置の一実施形態の要部断面図を模式的に示す。
図２９に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図２９に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
図２９に示す窒化物半導体装置の製造過程における要部断面図を模式的に示す。
窒化物半導体装置の一実施形態の要部断面図を模式的に示す。
窒化物半導体装置の一実施形態の要部断面図を模式的に示す。
窒化物半導体装置の一実施形態の要部断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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について説明する。以下の説明では、各図を通して実質的に共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略することがある。また、図示明瞭化を目的として、繰り返し配置されている構造についてはその一部のみに符号を付す。
（【００１１】以降は省略されています）

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