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公開番号2024179202
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2023097856
出願日2023-06-14
発明の名称窒化物半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20241219BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】低オン抵抗、高耐圧、低寄生容量を実現することが可能な窒化物半導体装置を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置は、窒化物半導体と、窒化物半導体に設けられた縦型電界効果トランジスタとを備える。窒化物半導体は、第1導電型の窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に設けられた窒化物半導体層とを有する。縦型電界効果トランジスタは、第1導電型のドリフト領域を有する。ドリフト領域は、第1ドリフト領域と、第1ドリフト領域よりも第1導電型の不純物濃度が低く、第1ドリフト領域とウェル領域とにそれぞれ接する第2ドリフト領域と、第1ドリフト領域よりも第1導電型の不純物濃度が高く、第1ドリフト領域と窒化物半導体基板とにそれぞれ接する第3ドリフト領域とを有する。第2ドリフト領域と第3ドリフト領域とが向かい合い、第2ドリフト領域と第3ドリフト領域との間の少なくとも一部に第1ドリフト領域が介在する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
窒化物半導体と、
前記窒化物半導体に設けられた縦型電界効果トランジスタと、を備え、
前記窒化物半導体は、
第１導電型の窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に設けられた窒化物半導体層と、を有し、
前記縦型電界効果トランジスタは、
前記窒化物半導体層に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記窒化物半導体層に設けられた第２導電型のウェル領域と、を有し、
前記ドリフト領域は、
第１ドリフト領域と、
前記第１ドリフト領域よりも第１導電型の不純物濃度が低く、前記第１ドリフト領域と前記ウェル領域とにそれぞれ接する第２ドリフト領域と、
前記第１ドリフト領域よりも第１導電型の不純物濃度が高く、前記第１ドリフト領域と前記窒化物半導体基板とにそれぞれ接する第３ドリフト領域と、を有し、
前記窒化物半導体の厚さ方向において、前記第２ドリフト領域と前記第３ドリフト領域とが向かい合い、
前記第２ドリフト領域と前記第３ドリフト領域との間の少なくとも一部に前記第１ドリフト領域が介在する、窒化物半導体装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第２ドリフト領域と前記第３ドリフト領域は互いに離れている、請求項１に記載窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記ウェル領域から前記窒化物半導体基板に向かって、前記第２ドリフト領域、前記第１ドリフト領域、前記第３ドリフト領域がこの順で並んでいる、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記厚さ方向と直交する水平方向であって、複数の前記ウェル領域が並ぶ方向を第１方向とすると、
前記第２ドリフト領域の前記第１方向における長さは、前記厚さ方向の位置によらず一定である、請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第２ドリフト領域の前記第１方向における長さと、前記第３ドリフト領域の前記第１方向における長さは互いに同一である、請求項４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第２ドリフト領域の前記第１方向における長さよりも、前記第３ドリフト領域の前記第１方向における長さの方が短い、請求項４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記厚さ方向と直交する水平方向であって、複数の前記ウェル領域が並ぶ方向を第１方向とすると、
前記第２ドリフト領域の前記第１方向における長さは、前記ウェル領域から前記窒化物半導体基板に近づくにつれて連続的に又は段階的に短くなる、請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記第２ドリフト領域の前記第１方向における最大長さよりも、前記第３ドリフト領域の前記第１方向における長さの方が短い、請求項７に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記厚さ方向と直交する水平方向であって、複数の前記ウェル領域が並ぶ方向を第１方向とすると、
前記ドリフト領域は、
前記第１ドリフト領域よりも第１導電型の不純物濃度が高く、前記ウェル領域と前記第１方向で接する第４ドリフト領域をさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記縦型電界効果トランジスタは、
前記窒化物半導体層に設けられ、前記ウェル領域と接する第１導電型のソース領域と、
前記窒化物半導体層を挟んで前記窒化物半導体基板の反対側に設けられ、前記ウェル領域と向かい合うゲート電極と、
前記ウェル領域と前記ゲート電極との間に設けられたゲート絶縁膜とをさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
（【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、窒化物半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた縦型ＭＯＳＦＥＴが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－０９６７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
縦型ＭＯＳＦＥＴにおいて、低オン抵抗、高耐圧、低寄生容量を実現することができれば、駆動時の電力消費を抑えた高パワー、高速スイッチング可能なデバイスを実現することができる。本開示は、低オン抵抗、高耐圧、低寄生容量を実現することが可能な窒化物半導体装置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、窒化物半導体と、前記窒化物半導体に設けられた縦型電界効果トランジスタと、を備える。前記窒化物半導体は、第１導電型の窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上に設けられた窒化物半導体層と、を有する。前記縦型電界効果トランジスタは、前記窒化物半導体層に設けられた第１導電型のドリフト領域と、前記窒化物半導体層に設けられた第２導電型のウェル領域と、を有する。前記ドリフト領域は、第１ドリフト領域と、前記第１ドリフト領域よりも第１導電型の不純物濃度が低く、前記第１ドリフト領域と前記ウェル領域とにそれぞれ接する第２ドリフト領域と、前記第１ドリフト領域よりも第１導電型の不純物濃度が高く、前記第１ドリフト領域と前記窒化物半導体基板とにそれぞれ接する第３ドリフト領域と、を有する。前記窒化物半導体の厚さ方向において、前記第２ドリフト領域と前記第３ドリフト領域とが向かい合っている。前記第２ドリフト領域と前記第３ドリフト領域との間の少なくとも一部に前記第１ドリフト領域が介在する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、低オン抵抗、高耐圧、低寄生容量を実現することが可能な窒化物半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
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、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５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６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２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の変形例１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成を示す断面図である。
図９は、本開示の実施形態１の変形例２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成を示す断面図である。
図１０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１１は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法例１を工程順に示す断面図である。
図１２は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法例１を工程順に示す断面図である。
図１３は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法例２を工程順に示す断面図である。
図１４は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法例３を工程順に示す断面図である。
図１５は、本開示の実施形態２に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法例３を工程順に示す断面図である。
図１６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１７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１８は、本開示の実施形態２の変形例３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に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成例を示す断面図である。
図２０は、本開示の実施形態４に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成例を示す平面図である。
図２１は、本開示の実施形態４に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの構成例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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、Ｚ軸方向は、後述のＧａＮ基板１０の厚さ方向である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、ＧａＮ基板１０の厚さ方向と直交する方向であり、ＧａＮ基板１０の表面１０ａに平行な方向である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向を水平方向ともいう。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
【００１０】
以下の説明では、Ｚ軸の正方向を「上」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、領域、層、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
（【００１１】以降は省略されています）

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