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公開番号2024164556
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-27
出願番号2023080128
出願日2023-05-15
発明の名称窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20241120BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高濃度のp型領域を実現することが可能な窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置は、窒化物結晶層と、窒化物結晶層に設けられたp型領域と、を備える。p型領域は、3×10¹⁸cm^-3以上1×10²¹cm^-3以下の濃度でMgと、3×10¹⁷cm^-3以上5×10²¹cm^-3以下の濃度で13族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
窒化物結晶層と、
前記窒化物結晶層に設けられたｐ型領域と、を備え、
前記ｐ型領域は、
３×１０
１８
ｃｍ
－３
以上１×１０
２１
ｃｍ
－３
以下の濃度でＭｇと、
３×１０
１７
ｃｍ
－３
以上５×１０
２１
ｃｍ
－３
以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む窒化物半導体装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記１３族元素は、Ｂ及びＡｌの少なくとも一方である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記アクセプタ元素は、Ｌｉ及びＢｅの少なくとも一方である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
窒化物結晶基板をさらに備え、
前記窒化物結晶層は前記窒化物結晶基板の一方の面上に設けられており、
前記ｐ型領域の格子定数であって、前記一方の面に平行な第１方向の格子定数と、前記一方の面に平行で前記第１方向と交差する第２方向の格子定数は、前記窒化物結晶基板の前記第１方向及び前記第２方向の各格子定数とそれぞれ等しい、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記窒化物結晶層に設けられたｐ型のウェル領域と、
前記窒化物結晶層に設けられ、前記ウェル領域にチャネルが形成される電界効果トランジスタと、を備え、
前記ｐ型領域は、前記ウェル領域よりも前記アクセプタ元素の濃度が高く、かつ前記ウェル領域に電気的に接続する、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記窒化物結晶層に設けられたダイオードを備え、
前記ｐ型領域は前記ダイオードのアノード領域である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
窒化物結晶層に３×１０
１８
ｃｍ
－３
以上１×１０
２１
ｃｍ
－３
以下の濃度でＭｇを導入する工程と、
前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域に、３×１０
１７
ｃｍ
－３
以上５×１０
２１
ｃｍ
－３
以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程と、
前記Ｍｇが導入され、かつ前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方が導入された前記窒化物結晶層に熱処理を施して、前記Ｍｇを活性化することによって、前記窒化物結晶層にｐ型領域を形成する工程と、を備える窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物結晶層において前記Ｍｇが導入される領域にＮをイオン注入する工程をさらに備え、
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記Ｎがイオン注入された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、請求項７に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記Ｍｇが導入され、前記Ｎがイオン注入された前記窒化物結晶層上に保護膜を形成する工程をさらに備え、
前記ｐ型領域を形成する工程では、
前記保護膜が形成された前記窒化物結晶層に前記熱処理を施す、請求項８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層に導入する工程は、
前記Ｍｇを前記窒化物結晶層にイオン注入することで行う、請求項７又は８に記載の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】
本開示は、窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
縦型のＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を有する窒化物半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、窒化物半導体装置では、マグネシウム（Ｍｇ）をドーパントとして用いることによりｐ型の伝導度制御が可能である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－０９６７４４号公報
特開２０１４－０８６６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化物半導体装置において、良好なオーミック接触を実現するためには、高濃度のｐ型領域を窒化物半導体に選択的に形成する必要がある。しかし、高濃度のｐ型領域をイオン注入で形成しようとすると、Ｍｇが偏析して濃度が低下する傾向があり、その実現は難しかった。本開示は上記課題に着目してなされたものであって、高濃度のｐ型領域を実現することが可能な窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る窒化物半導体装置は、窒化物結晶層と、前記窒化物結晶層に設けられたｐ型領域と、を備える。前記ｐ型領域は、３×１０
１８
ｃｍ
－３
以上１×１０
２１
ｃｍ
－３
以下の濃度でＭｇと、３×１０
１７
ｃｍ
－３
以上５×１０
２１
ｃｍ
－３
以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方と、を含む。
【０００６】
本開示の一態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物結晶層に３×１０
１８
ｃｍ
－３
以上１×１０
２１
ｃｍ
－３
以下の濃度でＭｇを導入する工程と、前記窒化物結晶層において前記Ｍｇがイオン注入される領域に、３×１０
１７
ｃｍ
－３
以上５×１０
２１
ｃｍ
－３
以下の濃度で１３族元素及びアクセプタ元素の少なくとも一方を導入する工程と、前記Ｍｇがイオン注入され、かつ前記１３族元素及び前記アクセプタ元素の少なくとも一方が導入された前記窒化物結晶層に熱処理を施して、前記Ｍｇを活性化することによって、前記窒化物結晶層にｐ型領域を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、高濃度のｐ型領域を実現することが可能な窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の構成例を示す平面図である。
図２は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の構成例を示す断面図である。
図３は、図２の断面図を拡大した図であり、１つの縦型ＭＯＳＦＥＴを示す図である。
図４は、ＭｇをドープしたＧａＮ結晶の原子の結合状態を示すモデル図である。
図５は、ＧａＮ結晶のＧａサイトをＢ、Ａｌ、Ｌｉ、又は、Ｂｅで置換した場合のＧａＮ結晶の内部圧力を、第一原理計算で計算した結果を示すグラフである。
図６は、ＧａＮ結晶のＧａサイトをＡｌ及びＢｅの少なくとも一方とＭｇとで置換した場合のＧａＮ結晶の内部圧力を、第一原理計算で計算した結果を示すグラフである。
図７は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法例１を工程順に示す断面図である。
図８は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法例１を工程順に示す断面図である。
図９は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法例２を工程順に示す断面図である。
図１０は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法例２を工程順に示す断面図である。
図１１は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法例３を工程順に示す断面図である。
図１２は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法例３を工程順に示す断面図である。
図１３は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法例４を工程順に示す断面図である。
図１４は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の製造方法例４を工程順に示す断面図である。
図１５は、本開示の実施形態１の変形例に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成を示す断面図である。
図１６は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成例を示す断面図である。
図１７は、本開示の実施形態２の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成を示す断面図である。
図１８は、本開示の実施形態２の変形例２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成を示す断面図である。
図１９は、本開示の実施形態３に係るｐｎダイオードの構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本開示の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
以下の説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、後述のＧａＮ基板１０の表面１０ａに平行な方向である。また、Ｚ軸方向は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａと垂直に交わる方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
（【００１１】以降は省略されています）

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