知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024120421
(43)【公開日】2024-09-05
(54)【発明の名称】窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 29/06 20060101AFI20240829BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20240829BHJP
H01L 21/266 20060101ALI20240829BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20240829BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240829BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 652P
H01L29/78 652T
H01L29/06 301F
H01L29/06 301G
H01L29/06 301V
H01L29/06 301D
H01L21/265 M
H01L21/265 F
H01L29/78 658A
【審査請求】未請求
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023027213
(22)【出願日】2023-02-24
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高島 信也
(72)【発明者】
【氏名】田中 亮
(72)【発明者】
【氏名】上野 勝典
(57)【要約】 （修正有）
【課題】耐圧構造部を備える窒化物半導体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置は、低活性化領域２４と、低活性化領域よりも活性化率が高い高活性化領域２２と、活性部１１０と近接して設けられた内側領域２６と、内側領域よりも外周端に近接して設けられ、内側領域よりも高活性化領域の面内密度が小さい外側領域と、を有する耐圧構造部１２０を備える。窒化物半導体装置の製造方法において、耐圧構造部を設ける段階は、第２導電型のイオンを注入する段階と、窒素イオンを注入する段階と、半導体基板に熱処理を施す段階とを有する。窒素イオンを注入する段階は、開口部を有するマスクを形成する段階と、開口部を通して窒素イオンを注入する段階と、を含む。内側領域における開口部の面内密度は、内側領域よりも外周端に近接する外側領域における開口部の面内密度よりも大きい。
【選択図】図１Ｂ
【解決手段】窒化物半導体装置は、低活性化領域２４と、低活性化領域よりも活性化率が高い高活性化領域２２と、活性部１１０と近接して設けられた内側領域２６と、内側領域よりも外周端に近接して設けられ、内側領域よりも高活性化領域の面内密度が小さい外側領域と、を有する耐圧構造部１２０を備える。窒化物半導体装置の製造方法において、耐圧構造部を設ける段階は、第２導電型のイオンを注入する段階と、窒素イオンを注入する段階と、半導体基板に熱処理を施す段階とを有する。窒素イオンを注入する段階は、開口部を有するマスクを形成する段階と、開口部を通して窒素イオンを注入する段階と、を含む。内側領域における開口部の面内密度は、内側領域よりも外周端に近接する外側領域における開口部の面内密度よりも大きい。
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒化物からなる第１導電型の半導体基板を備える窒化物半導体装置であって、
主電流が流れる活性部と、
前記活性部の外周に設けられた耐圧構造部と、
を備え、
前記耐圧構造部は、
前記半導体基板の上面に設けられた第２導電型の低活性化領域と、
前記上面に設けられ、前記低活性化領域よりもドーパント元素の活性化率が高い第２導電型の高活性化領域と、
前記低活性化領域および前記高活性化領域を有し、上面視において前記活性部と近接して設けられた内側領域と、
前記低活性化領域および前記高活性化領域を有し、上面視において前記内側領域よりも前記半導体基板の外周端に近接して設けられ、前記内側領域よりも前記高活性化領域の面内密度が小さい外側領域と、
を有する、
窒化物半導体装置。
主電流が流れる活性部と、
前記活性部の外周に設けられた耐圧構造部と、
を備え、
前記耐圧構造部は、
前記半導体基板の上面に設けられた第２導電型の低活性化領域と、
前記上面に設けられ、前記低活性化領域よりもドーパント元素の活性化率が高い第２導電型の高活性化領域と、
前記低活性化領域および前記高活性化領域を有し、上面視において前記活性部と近接して設けられた内側領域と、
前記低活性化領域および前記高活性化領域を有し、上面視において前記内側領域よりも前記半導体基板の外周端に近接して設けられ、前記内側領域よりも前記高活性化領域の面内密度が小さい外側領域と、
を有する、
窒化物半導体装置。
【請求項2】
前記高活性化領域は、複数の高活性化領域を含み、
前記耐圧構造部は、予め定められたピッチで前記複数の高活性化領域を繰り返し配置した繰り返し構造を有する、
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
前記耐圧構造部は、予め定められたピッチで前記複数の高活性化領域を繰り返し配置した繰り返し構造を有する、
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項3】
前記繰り返し構造のピッチは、前記半導体基板の深さ方向における前記低活性化領域の長さ以下である、
請求項２に記載の窒化物半導体装置。
請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項4】
前記半導体基板の裏面から前記耐圧構造部の上面までの高さは、前記半導体基板の裏面から前記活性部の上面までの高さよりも低い、
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項5】
前記低活性化領域のドーパントはＭｇ元素である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項6】
前記高活性化領域のドーパントはＭｇ元素である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項7】
前記高活性化領域における結晶欠陥の密度は、前記低活性化領域における結晶欠陥の密度よりも大きい、
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項8】
前記低活性化領域のドーパント元素の不純物濃度は、１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ２０ｃｍ－３以下である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項9】
前記高活性化領域のドーパント元素の不純物濃度は、１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ１９ｃｍ－３以下である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項10】
前記半導体基板は、第１導電型の基底層と、前記基底層の上方に設けられた第１導電型の窒化物エピタキシャル層とを含み、
前記低活性化領域および前記高活性化領域は、前記窒化物エピタキシャル層に設けられる、
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
前記低活性化領域および前記高活性化領域は、前記窒化物エピタキシャル層に設けられる、
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項11】
窒化物からなる第１導電型の半導体基板を含む窒化物半導体装置の製造方法であって、
主電流が流れる活性部を設ける段階と、
前記活性部の外周に耐圧構造部を設ける段階と、
を備え、
前記耐圧構造部を設ける段階は、
前記半導体基板の上面に第２導電型のイオンを注入する段階と、
前記上面に窒素イオンを注入する段階と、
前記第２導電型のイオンを注入する段階および前記窒素イオンを注入する段階の後に、前記半導体基板に熱処理を施す段階と、
を有し、
前記窒素イオンを注入する段階は、
開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、
前記開口部を通して窒素イオンを注入する段階と、
を含み、
上面視において前記活性部と近接する内側領域における前記開口部の面内密度は、上面視において前記内側領域よりも前記半導体基板の外周端に近接する外側領域における前記開口部の面内密度よりも大きい、
窒化物半導体装置の製造方法。
主電流が流れる活性部を設ける段階と、
前記活性部の外周に耐圧構造部を設ける段階と、
を備え、
前記耐圧構造部を設ける段階は、
前記半導体基板の上面に第２導電型のイオンを注入する段階と、
前記上面に窒素イオンを注入する段階と、
前記第２導電型のイオンを注入する段階および前記窒素イオンを注入する段階の後に、前記半導体基板に熱処理を施す段階と、
を有し、
前記窒素イオンを注入する段階は、
開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、
前記開口部を通して窒素イオンを注入する段階と、
を含み、
上面視において前記活性部と近接する内側領域における前記開口部の面内密度は、上面視において前記内側領域よりも前記半導体基板の外周端に近接する外側領域における前記開口部の面内密度よりも大きい、
窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記開口部は、複数の開口部を含み、
前記開口部を有するマスクを形成する段階は、予め定められたピッチで前記複数の開口部を繰り返し配置したマスクを形成する段階を有し、
前記開口部を通して窒素イオンを注入する段階は、前記複数の開口部を通して窒素イオンを注入する段階を含む、
請求項１１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
前記開口部を有するマスクを形成する段階は、予め定められたピッチで前記複数の開口部を繰り返し配置したマスクを形成する段階を有し、
前記開口部を通して窒素イオンを注入する段階は、前記複数の開口部を通して窒素イオンを注入する段階を含む、
請求項１１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記第２導電型のイオンを注入する段階は、
複数の開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、
前記複数の開口部を通して前記第２導電型のイオンを注入する段階と、
を含み、
前記第２導電型のイオンを注入する段階における前記複数の開口部と、前記窒素イオンを注入する段階における前記複数の開口部とは、上面視において異なる領域に設けられる
請求項１２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
複数の開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、
前記複数の開口部を通して前記第２導電型のイオンを注入する段階と、
を含み、
前記第２導電型のイオンを注入する段階における前記複数の開口部と、前記窒素イオンを注入する段階における前記複数の開口部とは、上面視において異なる領域に設けられる
請求項１２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項14】
前記第２導電型のイオンを注入する段階は、
開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、
前記開口部を通して前記第２導電型のイオンを注入する段階と、
を含み、
上面視において、前記窒素イオンを注入する段階における前記複数の開口部は、前記第２導電型のイオンを注入する段階における前記開口部の内側に設けられる
請求項１２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、
前記開口部を通して前記第２導電型のイオンを注入する段階と、
を含み、
上面視において、前記窒素イオンを注入する段階における前記複数の開口部は、前記第２導電型のイオンを注入する段階における前記開口部の内側に設けられる
請求項１２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項15】
前記熱処理を施す段階は、前記第２導電型のイオンを窒素イオンが注入された領域に拡散させ、不純物濃度が１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ１９ｃｍ－３以下である第２導電型の高活性化領域を窒素イオンが注入された前記領域に形成する段階を含む、
請求項１１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
請求項１１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項16】
前記熱処理を施す段階の後に、前記半導体基板の表面をエッチングする段階を備える、
請求項１１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
請求項１１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項17】
前記半導体基板の表面をエッチングする段階は、
前記活性部を覆い、前記耐圧構造部に開口を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、
前記耐圧構造部の表面をエッチングする段階と、
を含む、
請求項１６に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
前記活性部を覆い、前記耐圧構造部に開口を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、
前記耐圧構造部の表面をエッチングする段階と、
を含む、
請求項１６に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項18】
前記第２導電型のイオンを注入する段階は、Ｍｇイオンを注入する段階を含む、
請求項１１から１７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
請求項１１から１７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項19】
前記第２導電型のイオンを注入する段階は、ピーク濃度が１．０Ｅ１９ｃｍ－３以上、１．０Ｅ２０ｃｍ－３以下である第２導電型のイオンを注入する段階を含む、
請求項１１から１７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
請求項１１から１７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項20】
前記第２導電型のイオンを注入する段階は、１０ｋｅＶ以上、１．０ＭｅＶ以下のエネルギーで第２導電型のイオンを注入する段階を含む、
請求項１１から１７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
請求項１１から１７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項21】
前記熱処理を施す段階は、１３００℃以上の温度で熱処理を施す段階を含む、
請求項１１から１７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
請求項１１から１７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、「窒化ガリウム層にｐ型領域を容易に形成することができる窒化物半導体装置の製造方法及び窒化物半導体装置」が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０２１－２８９３２号公報
［特許文献２］ 国際公開第２０１４／０５７７００号
［非特許文献１］ Ｈ．Ｓａｋｕｒａｉ，ｅｔ ａｌ．，"Ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｇ ａｎｄ Ｈ ａｔｏｍｓ ｉｎ Ｍｇ－ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ＧａＮ ｔｈｒｏｕｇｈ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，２０２０年７月２８日，Ｖｏｌ．１３，０８６５０１
［非特許文献２］ Ｋ．Ｓｈｉｍａ，ｅｔ ａｌ．，"Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｉｎ ｐ－ｔｙｐｅ ＧａＮ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｖａｃａｎｃｙ－ｇｕｉｄｅｄ ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｇ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，（米），２０２１年１１月３日，Ｖｏｌ．１１９，１８２１０６
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０２１－２８９３２号公報
［特許文献２］ 国際公開第２０１４／０５７７００号
［非特許文献１］ Ｈ．Ｓａｋｕｒａｉ，ｅｔ ａｌ．，"Ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｇ ａｎｄ Ｈ ａｔｏｍｓ ｉｎ Ｍｇ－ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ＧａＮ ｔｈｒｏｕｇｈ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，２０２０年７月２８日，Ｖｏｌ．１３，０８６５０１
［非特許文献２］ Ｋ．Ｓｈｉｍａ，ｅｔ ａｌ．，"Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｉｎ ｐ－ｔｙｐｅ ＧａＮ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｖａｃａｎｃｙ－ｇｕｉｄｅｄ ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｇ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，（米），２０２１年１１月３日，Ｖｏｌ．１１９，１８２１０６
【発明の概要】
【0003】
本発明の第１の態様においては、窒化物からなる第１導電型の半導体基板を備える窒化物半導体装置であって、主電流が流れる活性部と、前記活性部の外周に設けられた耐圧構造部と、を備え、前記耐圧構造部は、前記半導体基板の上面に設けられた第２導電型の低活性化領域と、前記上面に設けられ、前記低活性化領域よりもドーパント元素の活性化率が高い第２導電型の高活性化領域と、前記低活性化領域および前記高活性化領域を有し、上面視において前記活性部と近接して設けられた内側領域と、前記低活性化領域および前記高活性化領域を有し、上面視において前記内側領域よりも前記半導体基板の外周端に近接して設けられ、前記内側領域よりも前記高活性化領域の面内密度が小さい外側領域と、を有する、窒化物半導体装置を提供する。
【0004】
上記窒化物半導体装置において、前記高活性化領域は、複数の高活性化領域を含んでよい。前記耐圧構造部は、予め定められたピッチで前記複数の高活性化領域を繰り返し配置した繰り返し構造を有してよい。
【0005】
上記いずれかの窒化物半導体装置において、前記繰り返し構造のピッチは、前記半導体基板の深さ方向における前記低活性化領域の長さ以下であってよい。
【0006】
上記いずれかの窒化物半導体装置において、前記半導体基板の裏面から前記耐圧構造部の上面までの高さは、前記半導体基板の裏面から前記活性部の上面までの高さよりも低くてよい。
【0007】
上記いずれかの窒化物半導体装置において、前記低活性化領域のドーパントはＭｇ元素であってよい。
【0008】
上記いずれかの窒化物半導体装置において、前記高活性化領域のドーパントはＭｇ元素であってよい。
【0009】
上記いずれかの窒化物半導体装置において、前記高活性化領域における結晶欠陥の密度は、前記低活性化領域における結晶欠陥の密度よりも大きくてよい。
【0010】
上記いずれかの窒化物半導体装置において、前記低活性化領域のドーパント元素の不純物濃度は、１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ２０ｃｍ－３以下であってよい。
【0011】
上記いずれかの窒化物半導体装置において、前記高活性化領域のドーパント元素の不純物濃度は、１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ１９ｃｍ－３以下であってよい。
【0012】
上記いずれかの窒化物半導体装置において、前記半導体基板は、第１導電型の基底層と、前記基底層の上方に設けられた第１導電型の窒化物エピタキシャル層とを含んでよい。前記低活性化領域および前記高活性化領域は、前記窒化物エピタキシャル層に設けられてよい。
【0013】
本発明の第２の態様においては、窒化物からなる第１導電型の半導体基板を含む窒化物半導体装置の製造方法であって、主電流が流れる活性部を設ける段階と、前記活性部の外周に耐圧構造部を設ける段階と、を備え、前記耐圧構造部を設ける段階は、前記半導体基板の上面に第２導電型のイオンを注入する段階と、前記上面に窒素イオンを注入する段階と、前記第２導電型のイオンを注入する段階および前記窒素イオンを注入する段階の後に、前記半導体基板に熱処理を施す段階と、を有し、前記窒素イオンを注入する段階は、
開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、前記開口部を通して窒素イオンを注入する段階と、を含み、上面視において前記活性部と近接する内側領域における前記開口部の面内密度は、上面視において前記内側領域よりも前記半導体基板の外周端に近接する外側領域における前記開口部の面内密度よりも大きい、窒化物半導体装置の製造方法を提供する。
開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、前記開口部を通して窒素イオンを注入する段階と、を含み、上面視において前記活性部と近接する内側領域における前記開口部の面内密度は、上面視において前記内側領域よりも前記半導体基板の外周端に近接する外側領域における前記開口部の面内密度よりも大きい、窒化物半導体装置の製造方法を提供する。
【0014】
上記窒化物半導体装置の製造方法において、前記開口部は、複数の開口部を含んでよい。前記開口部を有するマスクを形成する段階は、予め定められたピッチで前記複数の開口部を繰り返し配置したマスクを形成する段階を有してよい。前記開口部を通して窒素イオンを注入する段階は、前記複数の開口部を通して窒素イオンを注入する段階を含んでよい。
【0015】
上記いずれかの窒化物半導体装置の製造方法において、前記第２導電型のイオンを注入する段階は、複数の開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、前記複数の開口部を通して前記第２導電型のイオンを注入する段階と、を含んでよい。前記第２導電型のイオンを注入する段階における前記複数の開口部と、前記窒素イオンを注入する段階における前記複数の開口部とは、上面視において異なる領域に設けられてよい。
【0016】
上記いずれかの窒化物半導体装置の製造方法において、前記第２導電型のイオンを注入する段階は、開口部を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、前記開口部を通して前記第２導電型のイオンを注入する段階と、を含んでよい。上面視において、前記窒素イオンを注入する段階における前記複数の開口部は、前記第２導電型のイオンを注入する段階における前記開口部の内側に設けられてよい。
【0017】
上記いずれかの窒化物半導体装置の製造方法において、前記熱処理を施す段階は、前記第２導電型のイオンを窒素イオンが注入された領域に拡散させ、不純物濃度が１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ１９ｃｍ－３以下である第２導電型の高活性化領域を窒素イオンが注入された前記領域に形成する段階を含んでよい。
【0018】
上記いずれかの窒化物半導体装置の製造方法において、前記熱処理を施す段階の後に、前記半導体基板の表面をエッチングする段階を備えてよい。
【0019】
上記いずれかの窒化物半導体装置の製造方法において、前記半導体基板の表面をエッチングする段階は、前記活性部を覆い、前記耐圧構造部に開口を有するマスクを前記半導体基板の上方に形成する段階と、前記耐圧構造部の表面をエッチングする段階と、を含んでよい。
【0020】
上記いずれかの窒化物半導体装置の製造方法において、前記第２導電型のイオンを注入する段階は、Ｍｇイオンを注入する段階を含んでよい。
【0021】
上記いずれかの窒化物半導体装置の製造方法において、前記第２導電型のイオンを注入する段階は、ピーク濃度が１．０Ｅ１９ｃｍ－３以上、１．０Ｅ２０ｃｍ－３以下である第２導電型のイオンを注入する段階を含んでよい。
【0022】
上記いずれかの窒化物半導体装置の製造方法において、前記第２導電型のイオンを注入する段階は、１０ｋｅＶ以上、１．０ＭｅＶ以下のエネルギーで第２導電型のイオンを注入する段階を含んでよい。
【0023】
上記いずれかの窒化物半導体装置の製造方法において、前記熱処理を施す段階は、１３００℃以上の温度で熱処理を施す段階を含んでよい。
【0024】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1A】窒化物半導体装置１００の上面の一例を示す。
【図2A】窒素イオン注入領域がある場合におけるＭｇイオンの拡散の一例を示す。
【図2B】窒素イオン注入領域がない場合におけるＭｇイオンの拡散の一例を示す。
【図6A】窒化物半導体装置の製造方法の一例を示す。
【図6B】ステップＳ１１２、Ｓ１１４における領域ＰＱＲＳのマスク２４２、２２２の一例を示す。
【図6C】ステップＳ１１２、Ｓ１１４における領域ＰＱＲＳのマスク２４２、２２２の変形例を示す。
【図7A】窒化物半導体装置１００の製造方法の変形例を示す。
【図7B】ステップＳ２１２、Ｓ２１４における領域ＰＱＲＳのマスク２４２、２２２の一例を示す。
【図8A】窒化物半導体装置１００の製造方法の変形例を示す。
【図8B】窒化物半導体装置１００の製造方法の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0027】
本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体装置の実装時における方向に限定されない。
【0028】
本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。
【0029】
本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。
【0030】
本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。
【0031】
本明細書においては、不純物がドーピングされたドーピング領域の導電型をＰ型またはＮ型として説明している。本明細書においては、不純物とは、特にＮ型のドナーまたはＰ型のアクセプタのいずれかを意味する場合があり、ドーパントと記載する場合がある。本明細書においては、ドーピングとは、半導体基板にドナーまたはアクセプタを導入し、Ｎ型の導電型を示す半導体またはＰ型の導電型を示す半導体とすることを意味する。
【0032】
本明細書においてＰ＋型またはＮ＋型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、Ｐ－型またはＮ－型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。また、本明細書においてＰ＋＋型またはＮ＋＋型と記載した場合には、Ｐ＋型またはＮ＋型よりもドーピング濃度が高いことを意味する。また、本明細書においてＰ－－型またはＮ－－型と記載した場合には、Ｐ－型またはＮ－型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。
【0033】
図１Ａは、窒化物半導体装置１００の上面の一例を示す。本例の窒化物半導体装置１００は、活性部１１０と、耐圧構造部１２０と、を備える。窒化物半導体装置１００は、縦型ＭＯＳＦＥＴであってよく、ＰｉＮダイオードであってよい。本例の窒化物半導体装置１００は、縦型ＭＯＳＦＥＴである。
【0034】
活性部１１０には、主電流が流れる。すなわち、活性部１１０は、窒化物半導体装置１００をオン状態に制御した場合に電流が流れる部位であってよい。活性部１１０は、縦型ＭＯＳＦＥＴ構造を有してよい。
【0035】
耐圧構造部１２０は、活性部１１０の外周に設けられる。耐圧構造部１２０は、後述する半導体基板１０の上面１１側の電界集中を緩和してよい。耐圧構造部１２０は、例えばガードリング、フィールドプレート、接合終端拡張（ＪＴＥ：Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）およびこれらを組み合わせた構造を有する。本例の耐圧構造部１２０は、ＪＴＥ構造を有する。ＪＴＥ構造は、電界集中を防いで高い耐圧を得るための構造であり、空乏層の広がりを制御するために、ドーピング濃度を徐々に変化させる構造である。
【0036】
図１Ｂは、図１Ａにおける領域ＰＱＲＳの一例を示す。窒化物半導体装置１００は、窒化物エピタキシャル層２０を備える。活性部１１０は、ソース領域１３と、ボディ領域１４と、コンタクト領域１５と、を含んでよい。活性部１１０は、半導体基板１０の上面１１に窒化物エピタキシャル層２０が露出した領域を含んでよい。耐圧構造部１２０は、高活性化領域２２と、低活性化領域２４と、を含んでよい。耐圧構造部１２０は、半導体基板１０の上面１１に窒化物エピタキシャル層２０が露出した領域を含んでよい。
【0037】
窒化物エピタキシャル層２０は、後述する基底層３０の上方に設けられた第１導電型の層である。窒化物エピタキシャル層２０は、一例としてＮ－型である。
【0038】
ボディ領域１４は、半導体基板１０の上面１１側に設けられた第２導電型の領域である。ボディ領域１４は、一例としてＰ－型である。
【0039】
ソース領域１３は、半導体基板１０の上面１１に設けられた第１導電型の領域である。ソース領域１３は、一例としてＮ＋型である。
【0040】
コンタクト領域１５は、半導体基板１０の上面１１に設けられ、ボディ領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。コンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。コンタクト領域１５は、ソース領域１３と接して設けられてよい。
【0041】
低活性化領域２４は、半導体基板１０の上面１１に設けられた第２導電型の領域である。低活性化領域２４は、窒化物エピタキシャル層２０に設けられてよい。低活性化領域２４のドーパント元素の不純物濃度は、１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ２０ｃｍ－３以下であってよい。ここで、ドーパント元素の不純物濃度とは、第２導電型の領域を形成するために注入されたドーパント元素の濃度であって、活性化の有無にかかわらず、含まれる元素の濃度を指す。すなわち、第２導電型の領域におけるドーパント元素の不純物濃度とは、アクセプタとして機能しているドーパント元素の濃度と、アクセプタとして機能していないドーパント元素の濃度の総和であってよい。低活性化領域２４のドーパント元素は、Ｍｇ元素であってよく、Ｂｅ元素であってよく、Ｚｎ元素であってよい。本例の低活性化領域２４のドーパント元素はＭｇ元素である。
【0042】
低活性化領域２４のドーパント元素の不純物濃度および／またはドーピング濃度は、全領域において均一であってよい。すなわち、低活性化領域２４の全体は、同一のプロセスによって形成されてよい。ＪＴＥ構造は、アクセプタ濃度の勾配を有する構造である。本例の耐圧構造部１２０においては、後述する高活性化領域２２によってアクセプタ濃度の勾配が実現されるので、低活性化領域２４のドーパント元素の不純物濃度および／またはドーピング濃度は、全領域において均一であってよい。ただし、低活性化領域２４のドーパント元素の不純物濃度および／またはドーピング濃度はこれに限定されず、低活性化領域２４のドーパント元素の不純物濃度および／またはドーピング濃度が勾配を有することで、ＪＴＥ構造が形成されてもよい。
【0043】
高活性化領域２２は、半導体基板１０の上面１１に設けられ、低活性化領域２４よりもドーパント元素の活性化率が高い第２導電型の領域である。ここで、ドーパント元素の活性化率とは、第２導電型の領域を形成するために注入されたドーパント元素のうち、アクセプタとして機能しているドーパント元素の割合である。すなわち、ドーパント元素の活性化率とは、ドーパント元素の不純物濃度に対するアクセプタ濃度の比であってよい。高活性化領域２２は、窒化物エピタキシャル層２０に設けられてよい。高活性化領域２２のドーパント元素の不純物濃度は、１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ１９ｃｍ－３以下であってよい。高活性化領域２２のドーパント元素は、Ｍｇ元素であってよく、Ｂｅ元素であってよく、Ｚｎ元素であってよい。本例の高活性化領域２２のドーパント元素はＭｇ元素である。
【0044】
高活性化領域２２は、窒素イオンを注入して結晶欠陥が形成された領域に、ドーパント元素が熱拡散されて形成された領域であってよい。すなわち、高活性化領域２２における結晶欠陥の密度は、低活性化領域２４における結晶欠陥の密度よりも大きくてよい。
【0045】
高活性化領域２２は、複数の高活性化領域２２を含んでよい。複数の高活性化領域２２は、予め定められた方向において、予め定められたピッチで配列されてよい。本例の高活性化領域２２は、活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向にピッチＬ１で配列された大きさの異なる７個の高活性化領域２２が、活性部１１０と耐圧構造部１２０の境界と平行な方向にピッチＬ２で繰り返し配置されている。すなわち、耐圧構造部１２０は、予め定められたピッチで複数の高活性化領域２２を繰り返し配置した繰り返し構造を有してよい。予め定められたピッチの方向は、Ｘ軸方向であってよく、Ｙ軸方向であってよい。図１Ｂの例においては、予め定められたピッチの方向はＹ軸方向である。本例の高活性化領域２２は、活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向に等しいピッチＬ１で配置されているが、これに限定されない。高活性化領域２２が活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向に配置されるピッチＬ１は、活性部１１０に近接するほど短くてよく、半導体基板１０の外周端に近接するほど長くてよい。
【0046】
上面視において活性部１１０と近接する内側領域２６における高活性化領域２２の面内密度は、上面視において内側領域２６よりも半導体基板１０の外周端に近接する外側領域２８における高活性化領域２２の面内密度よりも大きくてよい。ここで、高活性化領域２２の面内密度とは、上面視において内側領域２６または外側領域２８に占める高活性化領域２２の割合である。本例の高活性化領域２２は、略円形である。活性部１１０に近い高活性化領域２２の半径は、半導体基板１０の外周端に近い高活性化領域２２の半径よりも大きい。これにより、内側領域２６に占める高活性化領域２２の面積は外側領域２８に占める高活性化領域２２の面積よりも大きく、内側領域２６における高活性化領域２２の面内密度は外側領域２８における高活性化領域２２の面内密度よりも大きい。
【0047】
内側領域２６における高活性化領域２２の面内密度を外側領域２８における高活性化領域２２の面内密度よりも大きくすることで、耐圧構造部１２０におけるアクセプタ濃度の勾配を実現することができる。高活性化領域２２の面内密度に起因するアクセプタ濃度の勾配によって、ＪＴＥ構造が形成されてよい。耐圧構造部１２０におけるアクセプタ濃度の勾配は、高活性化領域２２の面内密度によって実現されてよく、高活性化領域２２の面内密度および低活性化領域２４の濃度分布によって実現されてもよい。
【0048】
本例の耐圧構造部１２０においては、複数の高活性化領域２２が活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向に等しいピッチＬ１で配置され、各高活性化領域２２の面積を変更することで、内側領域２６における高活性化領域２２の面内密度が外側領域２８における高活性化領域２２の面内密度よりも大きくなっている。高活性化領域２２の面内密度は、高活性化領域２２を配置するピッチＬ１によって調整されてもよい。
【0049】
高活性化領域２２の面積、高活性化領域２２を配置するピッチＬ１、および／または、繰り返し構造のピッチＬ２は、予め定められた耐圧に応じて設計されてよい。すなわち、高活性化領域２２の面積、高活性化領域２２を配置するピッチＬ１、および／または、繰り返し構造のピッチＬ２を制御することで、ＪＴＥ構造のアクセプタ濃度の勾配を制御することができ、ＪＴＥ構造のアクセプタ濃度の勾配に応じた耐圧を得ることができる。
【0050】
以上のように、耐圧構造部１２０は、低活性化領域２４および高活性化領域２２を有し、上面視において活性部１１０と近接して設けられた内側領域２６と、低活性化領域２４および高活性化領域２２を有し、上面視において内側領域２６よりも半導体基板１０の外周端に近接して設けられ、内側領域２６よりも高活性化領域２２の面内密度が小さい外側領域２８と、を有してよい。ただし、図１Ｂにおいて、内側領域２６を活性部１１０から数えて３列目までの半径が大きい高活性化領域２２を含む領域として示し、外側領域２８を、活性部１１０から数えて４、５列目の半径が中程度の高活性化領域２２を含む外側領域２８ａと、活性部１１０から数えて６、７列目の半径が小さい高活性化領域２２を含む外側領域２８ｂとして示したが、内側領域２６および外側領域２８はこれに限定されない。内側領域２６と外側領域２８とは、高活性化領域２２の面内密度を比較するための形式的な領域であり、現実に設けられた領域ではない。
【0051】
内側領域２６は、活性部１１０側から数えて１列目の高活性化領域２２を含む領域であってよく、活性部１１０側から数えて２列目の高活性化領域２２を含む領域であってよく、活性部１１０側から数えて３列目の高活性化領域２２を含む領域であってよく、１列目から３列目を含む領域であってよい。内側領域２６の活性部１１０と耐圧構造部１２０の境界と平行な方向の長さは繰り返し構造のピッチＬ２以上であってよく、内側領域２６の活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向の長さは、高活性化領域２２のピッチＬ１以上であってよい。内側領域２６の活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向および活性部１１０と耐圧構造部１２０の境界と平行な方向の長さをそれぞれＬ１以上およびＬ２以上とすることで、内側領域２６における高活性化領域２２の面内密度を正確に算出することができる。
【0052】
外側領域２８は、活性部１１０から数えて４、５列目の半径が中程度の高活性化領域２２を含む外側領域２８ａであってよく、活性部１１０から数えて６、７列目の半径が小さい高活性化領域２２を含む外側領域２８ｂであってよく、外側領域２８ａおよび外側領域２８ｂを含む領域であってよい。外側領域２８の活性部１１０と耐圧構造部１２０の境界と平行な方向の長さは繰り返し構造のピッチＬ２以上であってよく、外側領域２８の活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向の長さは、高活性化領域２２のピッチＬ１以上であってよい。外側領域２８の活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向および活性部１１０と耐圧構造部１２０の境界と平行な方向の長さをそれぞれＬ１以上およびＬ２以上とすることで、外側領域２８における高活性化領域２２の面内密度を正確に算出することができる。
【0053】
外側領域２８ａおよび外側領域２８ｂにおいて例示されるように、外側領域２８は高活性化領域２２の面内密度が異なる領域を有してよく、高活性化領域２２の面内密度は、活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かうにつれて小さくなってよい。本例の外側領域２８ａにおける高活性化領域２２の面内密度は、外側領域２８ｂにおける高活性化領域２２の面内密度よりも大きい。したがって、外側領域２８ａが内側領域であってもよく、外側領域２８ｂが外側領域であってもよい。
【0054】
例えば、耐圧構造部１２０は、内側領域（内側領域２６）と、内側領域（内側領域２６）よりも高活性化領域２２の面内密度が小さい外側領域（外側領域２８ａ）とを有してよく、内側領域（内側領域２６）と、内側領域（内側領域２６）よりも高活性化領域２２の面内密度が小さい外側領域（外側領域２８ｂ）とを有してよく、内側領域（外側領域２８ａ）と、内側領域（外側領域２８ａ）よりも高活性化領域２２の面内密度が小さい外側領域（外側領域２８ｂ）とを有してよい。すなわち、「内側」および「外側」という語は、相対的な位置関係を示すものであり、その取り方は限定されない。
【0055】
内側領域２６の面積および各方向の長さと、外側領域２８の面積および各方向の長さとは、同一であってよく、異なっていてよい。内側領域２６および外側領域２８における高活性化領域２２の面内密度を正確に算出することができ、内側領域２６および外側領域２８における高活性化領域２２の面内密度を比較することができれば、内側領域２６および外側領域２８の面積、形状は特に限定されない。
【0056】
図１Ｃは、図１Ｂにおけるａ－ａ'断面の一例を示す。窒化物半導体装置１００は、窒化物からなる第１導電型の半導体基板１０を備える。窒化物半導体装置１００は、絶縁膜３８と、ゲート電極４０と、ソース電極５２と、ドレイン電極５４と、を備えてよい。
【0057】
半導体基板１０は、基底層３０と窒化物エピタキシャル層２０と、を含んでよい。基底層３０は、第１導電型の層である。基底層３０は、一例としてＮ＋型である。
【0058】
ゲート電極４０は、絶縁膜３８を挟んで、半導体基板１０の上面１１側の上方に設けられる。ゲート電極４０は、金属を含む材料で形成されてよい。ゲート電極４０の少なくとも一部の領域は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよく、不純物をドープしたポリシリコン等の材料で形成されてよい。
【0059】
ソース電極５２は、絶縁膜３８を挟んで、半導体基板１０の上面１１側の上方に設けられる。ソース電極５２は、金属を含む材料で形成されてよい。ソース電極５２の少なくとも一部の領域は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。
【0060】
ドレイン電極５４は、半導体基板１０の裏面１２に形成される。ドレイン電極５４は、金属等の導電材料で形成されてよい。
【0061】
高活性化領域２２の活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向のピッチＬ１は、半導体基板１０の深さ方向における低活性化領域２４の長さｄ以下であってよい。高活性化領域２２のピッチＬ１を低活性化領域２４の長さｄ以下とすることで、高活性化領域２２と低活性化領域２４を活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向に一体的に形成し、ＪＴＥ構造を形成することができる。高活性化領域２２と低活性化領域２４の形成方法の詳細については後述する。
【0062】
高活性化領域２２のピッチＬ１は、半導体基板１０の深さ方向における低活性化領域２４の長さｄより長くてもよい。高活性化領域２２のピッチＬ１が低活性化領域２４の長さｄより長い場合、高活性化領域２２と低活性化領域２４が活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向に一体的に形成されない場合がある。すなわち、高活性化領域２２および低活性化領域２４の第２導電型の領域が形成されずに第１導電型の窒化物エピタキシャル層２０がそのまま残り、第２導電型の領域が活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向に断続的に形成される場合がある。この場合、活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向に断続的に形成された高活性化領域２２と低活性化領域２４とは、ガードリング構造を形成してもよい。
【0063】
図１Ｄは、図１Ｂにおけるｂ－ｂ'断面の一例を示す。繰り返し構造のピッチＬ２は、半導体基板１０の深さ方向における低活性化領域２４の長さｄ以下であってよい。繰り返し構造のピッチＬ２を低活性化領域２４の長さｄ以下とすることで、高活性化領域２２と低活性化領域２４をＹ軸方向に一体的に形成し、ＪＴＥ構造を形成することができる。高活性化領域２２と低活性化領域２４の形成方法の詳細については後述する。
【0064】
図２Ａは、窒素イオン注入領域がある場合におけるＭｇイオンの拡散の一例を示す。すなわち、窒化物からなる半導体基板の上面にＭｇイオンおよび窒素イオンを注入し、熱拡散した場合の濃度分布の一例を示す。実線は熱拡散後のＭｇ濃度の分布を表し、破線は注入されたＭｇ濃度の分布を表し、一点鎖線は注入された窒素濃度の分布を表す。
【0065】
半導体基板に窒素イオンが注入されることで、半導体基板に結晶欠陥が形成されてよい。注入されたＭｇイオンは、熱拡散の工程において、窒素イオン注入によって形成された結晶欠陥領域に優先的に拡散してよい。窒素イオンが注入された領域に拡散したＭｇイオンの活性化率は、窒素イオンが注入されていない領域に拡散したＭｇイオンの活性化率よりも高くてよい。すなわち、窒素イオンが注入された領域には、活性化率の高い第２導電型の領域が形成されてよい。
【0066】
図２Ｂは、窒素イオン注入領域がない場合におけるＭｇイオンの拡散の一例を示す。すなわち、窒化物からなる半導体基板の上面に、窒素イオンを注入せずにＭｇイオンを注入し、熱拡散した場合の濃度分布の一例を示す。実線は熱拡散後のＭｇ濃度の分布を表し、破線は図２Ａの熱拡散後のＭｇ濃度の分布を表す。
【0067】
窒素イオン注入領域がない場合、窒素イオンの注入に起因する結晶欠陥が形成されない。したがって、熱拡散されたＭｇイオンは、ある領域に優先的に拡散されることはなく、深さ方向になだらかに拡散してよい。
【0068】
本例の窒化物半導体装置１００における耐圧構造部１２０は、図２Ａおよび図２Ｂで説明した原理に基づいて形成されてよい。すなわち、高活性化領域２２に相当する領域に窒素イオンを注入し、低活性化領域２４に相当する領域に窒素イオンを注入しないことで、Ｍｇイオンを窒素イオン注入領域に優先的に拡散させ、高活性化領域２２が形成されてよい。高活性化領域２２と低活性化領域２４の形成方法の詳細については後述する。
【0069】
図３は、図１Ｂにおけるｃ－ｃ'線上のアクセプタ面内密度の一例を示す。内側領域２６においては、高活性化領域２２の面内密度が外側領域２８ａ、２８ｂにおける高活性化領域２２の面内密度と比較して大きいため、アクセプタ面内密度も大きい。外側領域２８ａにおいては、高活性化領域２２の面内密度が、内側領域２６における高活性化領域２２の面内密度よりも小さく、外側領域２８ｂにおける高活性化領域２２の面内密度よりも大きいため、アクセプタ面内密度も内側領域２６と外側領域２８ｂにおけるアクセプタ面内密度の中間の値となっている。外側領域２８ｂにおいては、高活性化領域２２の面内密度が内側領域２６および外側領域２８ａにおける高活性化領域２２の面内密度と比較して小さいため、アクセプタ面内密度も小さい。このように、高活性化領域２２の面内密度を調整することで、アクセプタ面内密度を調整することができ、ＪＴＥ構造のアクセプタ濃度の勾配を実現することができる。
【0070】
図４は、図１Ａにおける領域ＰＱＲＳの変形例を示す。本例の高活性化領域２２はひし形形状を有している点で、図１Ｂの例と相違する。その他の構成は図１Ｂの例と同一であってよい。すなわち、内側領域２６における高活性化領域２２の面内密度を外側領域２８における高活性化領域２２の面内密度よりも大きくできるものであれば、高活性化領域２２の形状は特に限定されない。本例の高活性化領域２２は、活性部１１０に近接する位置において、複数の高活性化領域２２が部分的に重なるように形成されている。
【0071】
図５は、図１Ｂにおけるａ－ａ'断面の変形例を示す。本例は、活性部１１０の高さと耐圧構造部１２０の高さとが異なる点で、図１Ｃの例と相違する。その他の構成は図１Ｃの例と同一であってよい。半導体基板１０の裏面１２から耐圧構造部１２０の上面１１までの高さＴｐｒは、半導体基板１０の裏面１２から活性部１１０の上面１１までの高さＴａよりも低くてよい。
【0072】
図６Ａは、窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。本例は、窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示しており、これに限定されない。
【0073】
ステップＳ１００において、活性部１１０を設ける。活性部１１０は、当業者によって通常行われる方法により形成されることができる。一例として、ボディ領域１４に相当する領域にＭｇイオンを注入し、ソース領域１３に相当する領域にＳｉを注入し、コンタクト領域１５に相当する領域にＭｇイオンを注入した後で、熱処理を施すことによって、活性部１１０を設けることができる。
【0074】
ステップ１１０において、活性部１１０の外周に耐圧構造部１２０を設ける。耐圧構造部１２０を設ける段階の詳細（ステップＳ１１２からＳ１１６）については後述する。活性部１１０を設ける段階Ｓ１００と、耐圧構造部１２０を設ける段階Ｓ１１０との順序は、これに限定されない。活性部１１０を設けた後に耐圧構造部１２０を設けてよく、耐圧構造部１２０を設けた後に活性部１１０を設けてよく、活性部１１０と耐圧構造部１２０とが共通の工程によって設けられてよい。一例として、活性部１１０を設けるための熱処理を施す段階と、耐圧構造部１２０を設けるための後述する熱処理を施す段階とは、共通する熱処理によって行うことができる。
【0075】
ステップ１１２において、半導体基板１０の上面１１に第２導電型のイオンを注入する。第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ１１２は、複数の開口部２４０を有するマスク２４２を半導体基板１０の上方に形成する段階と、複数の開口部２４０を通して第２導電型のイオンを注入する段階と、を含んでよい。第２導電型のイオンが注入されることで、イオン注入領域２４４が形成されてよい。複数の開口部２４０は、低活性化領域２４に相当する領域の上方に設けられてよい。すなわち、イオン注入領域２４４は、後述する熱処理後、低活性化領域２４の少なくとも一部を形成してよい。
【0076】
第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ１１２は、Ｍｇイオンを注入する段階を含んでよい。すなわち、第２導電型のイオンは、Ｍｇイオンを含んでよい。ステップＳ１１２において注入される第２導電型のイオンは、ステップＳ１００において、コンタクト領域１５を形成するために注入されるイオンと同一であってよく、第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ１１２は、ステップＳ１００においてコンタクト領域１５を形成するために第２導電型のイオンを注入する段階と共通の段階であってもよい。
【0077】
第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ１１２は、ピーク濃度が１．０Ｅ１９ｃｍ－３以上、１．０Ｅ２０ｃｍ－３以下である第２導電型のイオンを注入する段階を含んでよい。すなわち、注入される第２導電型のイオンのピーク濃度が１．０Ｅ１９ｃｍ－３以上、１．０Ｅ２０ｃｍ－３以下であってよく、注入されるＭｇイオンのピーク濃度が１．０Ｅ１９ｃｍ－３以上、１．０Ｅ２０ｃｍ－３以下であってよい。注入されるＭｇイオンのピーク濃度を１．０Ｅ１９ｃｍ－３以上とすることで、図２Ａで説明した窒素注入領域への優先的な拡散を確実に生じさせることができる。また、注入されるＭｇイオンのピーク濃度を１．０Ｅ２０ｃｍ－３以下とすることで、半導体基板１０に大きなダメージが形成されることを防止することができる。
【0078】
第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ１１２は、１０ｋｅＶ以上、１．０ＭｅＶ以下のエネルギーで第２導電型のイオンを注入する段階を含んでよい。すなわち、第２導電型のイオンは、１０ｋｅＶ以上、１．０ＭｅＶ以下のエネルギーで注入されてよい。一例として、第２導電型のイオンの注入エネルギーは１０ｋｅＶである。
【0079】
ステップＳ１１４において、半導体基板１０の上面１１に窒素イオンを注入する。窒素イオンを注入する段階Ｓ１１４は、開口部２２０を有するマスク２２２を半導体基板１０の上方に形成する段階と、開口部２２０を通して窒素イオンを注入する段階と、を含んでよい。窒素イオンが注入されることで、窒素イオン注入領域２２４が形成されてよい。開口部２２０は、高活性化領域２２に相当する領域の上方に設けられてよい。すなわち、窒素イオン注入領域２２４は、後述する熱処理後、高活性化領域２２の少なくとも一部を形成してよい。
【0080】
第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ１１２と、窒素イオンを注入する段階Ｓ１１４との順序は、これに限定されない。第２導電型のイオンを注入した後に窒素イオンを注入してよく、窒素イオンを注入した後に第２導電型のイオンを注入してよい。
【0081】
ステップＳ１１６において、第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ１１２および窒素イオンを注入する段階Ｓ１１４の後に、半導体基板１０に熱処理を施す。熱処理を施す段階Ｓ１１６は、ステップＳ１００において活性部１１０を設けるための熱処理を施す段階と共通の段階であってもよい。
【0082】
熱処理を施す段階Ｓ１１６は、第２導電型のイオンを窒素イオン注入領域２２４に拡散させ、不純物濃度が１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ１９ｃｍ－３以下である第２導電型の高活性化領域２２を窒素イオン注入領域２２４に形成する段階を含んでよい。半導体基板に熱処理を施すことで（Ｓ１１６）、図２Ａで説明した原理に基づいて、第２導電型のイオンが、窒素イオン注入領域２２４に拡散されてよい。窒素イオン注入領域２２４に拡散された第２導電型のイオンが活性化されることで、高活性化領域２２が形成されてよい。形成された高活性化領域２２のドーパント元素の不純物濃度は、１．０Ｅ１７ｃｍ－３以上、１．０Ｅ１９ｃｍ－３以下であってよい。ここで、ドーパント元素は、ステップＳ１１２において注入された第２導電型のイオンであってよい。
【0083】
熱処理を施す段階Ｓ１１６は、１３００℃以上の温度で熱処理を施す段階を含んでよい。１３００℃以上の温度で熱処理を施すことで、注入された第２導電型のイオンを窒素イオン注入領域２２４に確実に拡散することができる。
【0084】
図６Ｂは、ステップＳ１１２、Ｓ１１４における領域ＰＱＲＳのマスク２４２、２２２の一例を示す。マスク２４２およびマスク２２２は、それぞれステップＳ１１２およびＳ１１４で別々に形成されるものであるが、図６Ｂでは説明のため重ねて示されている。ステップＳ１１２におけるマスク２４２が有する複数の開口部２４０が点線で表され、ステップＳ１１４におけるマスク２２２が有する開口部２２０が実線で表されている。
【0085】
ステップＳ１１４において、内側領域２６における開口部２２０の面内密度は、外側領域２８における開口部２２０の面内密度よりも大きくてよい。面内密度については、図１Ｂに関連して説明した通りである。すなわち、窒素イオンを注入する段階Ｓ１１４において、開口部２２０面内密度が調整されたマスク２２２を用いて窒素イオンを注入することで、面内密度が調整された高活性化領域２２を形成することができる。
【0086】
開口部２２０は、複数の開口部２２０を含んでよい。開口部２２０を有するマスクを形成する段階は、予め定められたピッチで複数の開口部２２０を繰り返し配置したマスク２２２を形成する段階を有してよい。開口部２２０を通して窒素イオンを注入する段階は、複数の開口部２２０を通して窒素イオンを注入する段階を含んでよい。本例の開口部２２０は、活性部１１０から半導体基板１０の外周端に向かう方向にピッチＬ１で配列された大きさの異なる７個の開口部２２０が、活性部１１０と耐圧構造部１２０の境界と平行な方向にピッチＬ２で繰り返し配置されており、図１Ｂの高活性化領域２２に相当する領域の上方に設けられている。これにより、予め定められたピッチで複数の高活性化領域２２を繰り返し配置した繰り返し構造を有する耐圧構造部１２０が形成されてよい。予め定められたピッチの方向は、Ｘ軸方向であってよく、Ｙ軸方向であってよい。図６Ｂの例においては、予め定められたピッチの方向はＹ軸方向である。
【0087】
図１Ｄに関連して説明したように、繰り返し構造のピッチＬ２は、半導体基板１０の深さ方向における低活性化領域２４の長さｄ以下であってよい。低活性化領域２４は、半導体基板１０の表面に注入された第２導電型のイオンが拡散して形成された領域であってよく、半導体基板１０の深さ方向における低活性化領域２４の長さｄは、第２導電型のイオンの拡散長さに相当してよい。すなわち、繰り返し構造のピッチＬ２を第２導電型のイオンの拡散長さに相当する長さｄ以下とすることで、高活性化領域２２および低活性化領域２４を確実に第２導電型の領域とすることができる。
【0088】
第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ１１２における複数の開口部２４０と、窒素イオンを注入する段階Ｓ１１４における複数の開口部２２０とは、上面視において異なる領域に設けられてよい。本例の開口部２４０は、開口部２２０の間の領域であって、上面視において開口部２２０とは異なる領域に設けられている。開口部２４０を開口部２２０と異なる領域に形成し、第２導電型のイオンと窒素イオンとを異なる領域に注入することで、高活性化領域２２となる窒素イオン注入領域に形成される欠陥の量が過多となることを防止することができる。ただし、開口部２４０と開口部２２０とは上面視において重複する領域に設けられてもよい。
【0089】
図６Ｃは、ステップＳ１１２、Ｓ１１４における領域ＰＱＲＳのマスク２４２、２２２の変形例を示す。図６Ｂと同様に、マスク２４２とマスク２２２とは説明のため重ねて示してある。本例の開口部２２０は、ひし形形状を有している点で、図６Ｂの例と相違する。その他の構成は図６Ｂの例と同一であってよい。すなわち、内側領域２６における開口部２２０の面内密度を外側領域２８における開口部２２０の面内密度よりも大きくできるものであれば、開口部２２０の形状は特に限定されない。本例の開口部２２０は、活性部１１０に近接する位置において、複数の開口部２２０が重なるように形成されている。本例の開口部２２０は、図４の高活性化領域２２に相当する領域の上方に設けられている。
【0090】
本例の窒化物半導体装置１００の製造方法においては、窒素イオン注入領域２２４の面内密度を制御することによって、ＪＴＥ構造のアクセプタ濃度の勾配を実現することができる。したがって、本例の窒化物半導体装置１００の製造方法は、第２導電型のイオンの注入濃度を制御する方法と比較して、高い活性化率とアクセプタ濃度の勾配とを容易に実現することができる。また、本例の窒化物半導体装置１００の製造方法は、注入領域のパターニングと注入とが複数回繰り返される必要のある第２導電型のイオンの注入濃度を制御する方法と比較して、少ない工程でＪＴＥ構造のアクセプタ濃度の勾配を実現することができる。
【0091】
図７Ａは、窒化物半導体装置１００の製造方法の変形例を示す。本例の製造方法は、第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ２１２で形成されるマスク２４２が有する開口部２４０が異なる点で、図６Ａの例と相違する。本例では、図６Ａの例と相違する点について特に説明し、その他の構成は図６Ａの例と同一であってよい。
【0092】
第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ２１２は、開口部２４０を有するマスク２４２を半導体基板１０の上方に形成する段階と、開口部２４０を通して第２導電型のイオンを注入する段階と、を含んでよい。本例のマスク２４２は、単一の開口部２４０を有する。
【0093】
【0094】
上面視において、窒素イオンを注入する段階Ｓ２１４における複数の開口部２２０は、第２導電型のイオンを注入する段階Ｓ２１２における開口部２４０の内側に設けられてよい。すなわち、開口部２４０と開口部２２０とは上面視において重複する領域に設けられてもよい。
【0095】
図８Ａは、窒化物半導体装置１００の製造方法の変形例を示す。本例の製造方法は、ステップＳ３２０を有する点で、図６Ａおよび図７Ａの例と相違する。本例では、図６Ａおよび図７Ａの例と相違する点について特に説明し、その他の構成は図６Ａおよび／または図７Ａの例と同一であってよい。
【0096】
ステップＳ３２０において、熱処理を施す段階Ｓ３１６の後に、半導体基板１０の表面をエッチングする。半導体基板１０の表面をエッチングすることで、拡散されずに表面に残存した高濃度の第２導電型のイオンを除去することができる。表面に残存した高濃度の第２導電型のイオンを除去することで、リーク電流の増大を抑制することができる。
【0097】
図８Ｂは、窒化物半導体装置１００の製造方法の変形例を示す。本例の製造方法は、ステップＳ４２０において半導体基板１０の表面を部分的にエッチングする点で、図８Ａの例と相違する。本例では、図８Ａの例と相違する点について特に説明し、その他の構成は図８Ａの例と同一であってよい。
【0098】
半導体基板１０の表面をエッチングする段階Ｓ４２０は、活性部１１０を覆い、耐圧構造部１２０に開口を有するマスク２６２を半導体基板１０の上方に形成する段階と、耐圧構造部１２０の表面をエッチングする段階と、を含んでよい。すなわち、ステップＳ４２０においては、耐圧構造部１２０の表面のみをエッチングしてよい。耐圧構造部１２０の表面をエッチングすることで、拡散されずに表面に残存した高濃度の第２導電型のイオンを除去することができ、リーク電流の増大を抑制することができる。
【0099】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0100】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0101】
１０ 半導体基板、１１ 上面、１２ 裏面、１３ ソース領域、１４ ボディ領域、１５ コンタクト領域、２０ 窒化物エピタキシャル層、２２ 高活性化領域、２４ 低活性化領域、２６ 内側領域、２８ 外側領域、３０ 基底層、３８ 絶縁膜、４０ ゲート電極、５２ ソース電極、５４ ドレイン電極、１００ 窒化物半導体装置、１１０ 活性部、１２０ 耐圧構造部、２２０ 開口部、２２２ マスク、２２４ 窒素イオン注入領域、２４０ 開口部、２４２ マスク、２４４ イオン注入領域、２６２ マスク
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】