JP2022050236A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
従来、P型電極層とボディ電極を備える半導体装置が知られている(例えば、特許文献1~3参照)。
特許文献1 特開2014-120539号公報
特許文献2 特開2014-120540号公報
特許文献3 特開2015-141979号公報
Conventionally, a semiconductor device including a P-type electrode layer and a body electrode is known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-120039
プラズマダメージを抑制した半導体装置を提供することが好ましい。 It is preferable to provide a semiconductor device that suppresses plasma damage.
本発明の第1の態様においては、化合物半導体層のおもて面に設けられた第1導電型の第1導電型領域と、第1導電型領域の下方に設けられた第2導電型の第2導電型領域と、おもて面から第2導電型領域まで延伸して設けられた第2導電型のコンタクト領域と、化合物半導体層の上方に設けられた層間絶縁膜と、コンタクト領域上に設けられたボディ電極と、層間絶縁膜のソース開口を介して、ボディ電極に接続されたソース電極と、化合物半導体層の上方に設けられたゲート電極と、を備え、ボディ電極の端部は、層間絶縁膜に埋め込まれ、おもて面の面方向において、ソース電極よりもゲート電極に近接して設けられる半導体装置を提供する。 In the first aspect of the present invention, the first conductive type region provided on the front surface of the compound semiconductor layer and the second conductive type region provided below the first conductive type region. The second conductive type region, the second conductive type contact region extending from the front surface to the second conductive type region, the interlayer insulating film provided above the compound semiconductor layer, and the contact region. The body electrode is provided with a source electrode connected to the body electrode via the source opening of the interlayer insulating film, and a gate electrode provided above the compound semiconductor layer, and the end portion of the body electrode is provided. Provided is a semiconductor device embedded in an interlayer insulating film and provided closer to a gate electrode than a source electrode in the plane direction of the front surface.
ボディ電極は、コンタクト領域および層間絶縁膜の両方に接触していてよい。 The body electrode may be in contact with both the contact region and the interlayer insulating film.
半導体装置は、ゲート電極と化合物半導体層との間に設けられたゲート絶縁膜を備えてよい。おもて面の面方向において、ゲート電極の端部から最も近いボディ電極までの水平距離は、ゲート絶縁膜の厚み以上であってよい。 The semiconductor device may include a gate insulating film provided between the gate electrode and the compound semiconductor layer. In the plane direction of the front surface, the horizontal distance from the end of the gate electrode to the nearest body electrode may be equal to or greater than the thickness of the gate insulating film.
ゲート電極は、予め定められた配列方向に繰り返し配列されてよい。配列方向において、ボディ電極の幅は、コンタクト領域の幅よりも大きくてよい。 The gate electrodes may be repeatedly arranged in a predetermined arrangement direction. In the alignment direction, the width of the body electrodes may be greater than the width of the contact area.
ボディ電極は、Ni、Pd、TiN、TiまたはAlの少なくとも1つを含んでよい。 The body electrode may contain at least one of Ni, Pd, TiN, Ti or Al.
ボディ電極の材料は、ゲート電極の材料と同一であってよい。 The material of the body electrode may be the same as the material of the gate electrode.
ボディ電極の膜厚は、ゲート電極の膜厚と同一であってよい。 The film thickness of the body electrode may be the same as the film thickness of the gate electrode.
ボディ電極の膜厚は、10nm以上、200nm以下であってよい。 The film thickness of the body electrode may be 10 nm or more and 200 nm or less.
化合物半導体層は、GaNであってよい。 The compound semiconductor layer may be GaN.
層間絶縁膜は、Siを含む酸化物であってよい。 The interlayer insulating film may be an oxide containing Si.
半導体装置は、プレーナ型の構造を有してよい。 The semiconductor device may have a planar type structure.
本発明の第2の態様においては、化合物半導体層の上方にゲート絶縁膜を形成する段階と、ゲート絶縁膜を形成した後に、ボディ電極を形成する段階と、ボディ電極を形成した後に層間絶縁膜を形成する段階とを備える半導体装置の製造方法を提供する。 In the second aspect of the present invention, there are a step of forming a gate insulating film above the compound semiconductor layer, a step of forming a body electrode after forming the gate insulating film, and a step of forming an interlayer insulating film after forming the body electrode. Provided is a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a semiconductor device.
半導体装置の製造方法は、ゲート電極とボディ電極を同時に形成する段階を備えてよい。 The method for manufacturing a semiconductor device may include a step of forming a gate electrode and a body electrode at the same time.
ゲート電極が繰り返し配列された配列方向において、ボディ電極の幅は、ソース電極をボディ電極と接続するためのソース開口幅よりも大きくてよい。 In the arrangement direction in which the gate electrodes are repeatedly arranged, the width of the body electrode may be larger than the width of the source opening for connecting the source electrode to the body electrode.
半導体装置の製造方法は、化合物半導体層のおもて面にコンタクト領域を設ける段階を備えてよい。ゲート電極が繰り返し配列された配列方向において、ボディ電極の幅は、ソース電極をボディ電極と接続するためのソース開口幅よりも小さく、コンタクト領域の幅よりも大きくてよい。 The method for manufacturing a semiconductor device may include a step of providing a contact region on the front surface of the compound semiconductor layer. In the arrangement direction in which the gate electrodes are repeatedly arranged, the width of the body electrode may be smaller than the width of the source opening for connecting the source electrode to the body electrode and may be larger than the width of the contact region.
半導体装置の製造方法は、化合物半導体層のおもて面にコンタクト領域を設ける段階を備えてよい。ゲート電極が繰り返し配列された配列方向において、ボディ電極の幅は、コンタクト領域の幅よりも小さくてよい。 The method for manufacturing a semiconductor device may include a step of providing a contact region on the front surface of the compound semiconductor layer. In the arrangement direction in which the gate electrodes are repeatedly arranged, the width of the body electrodes may be smaller than the width of the contact region.
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。 The outline of the above invention does not list all the features of the present invention. A subcombination of these feature groups can also be an invention.
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。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.
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」、「おもて」、「裏」の方向は重力方向、または、半導体装置の実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。 In the present specification, one side in the direction parallel to the depth direction of the semiconductor substrate is referred to as "upper", and the other side is referred to as "lower". Of the two main surfaces of the substrate, layer or other member, one surface is referred to as the upper surface and the other surface is referred to as the lower surface. The directions of "top", "bottom", "front", and "back" are not limited to the direction of gravity or the direction of mounting on a substrate or the like when mounting a semiconductor device.
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。本明細書では、半導体基板の上面と平行な面をXY面とし、半導体基板の深さ方向をZ軸とする。 In the present specification, technical matters may be described using orthogonal coordinate axes of X-axis, Y-axis, and Z-axis. In the present specification, the plane parallel to the upper surface of the semiconductor substrate is defined as the XY plane, and the depth direction of the semiconductor substrate is defined as the Z axis.
各実施例においては、第1導電型をN型、第2導電型をP型とした例を示しているが、第1導電型をP型、第2導電型をN型としてもよい。この場合、各実施例における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性となる。 In each embodiment, an example in which the first conductive type is N-type and the second conductive type is P-type is shown, but the first conductive type may be P-type and the second conductive type may be N-type. In this case, the conductive types such as the substrate, the layer, and the region in each embodiment have opposite polarities.
図1Aは、半導体装置100の構成の一例を示す。本例の半導体装置100は、半導体基板10と、化合物半導体層20と、層間絶縁膜30と、ゲート電極40と、ボディ電極50と、ソース電極60と、ドレイン電極70とを備える。
FIG. 1A shows an example of the configuration of the
半導体装置100は、電界効果トランジスタ(FET:Field effect transistor)として機能する。本例の半導体装置100は、縦型のMOSFETであり、プレーナ型のDMOS構造を有する。
The
半導体基板10は、化合物半導体の基板である。半導体基板10は、窒化物半導体の基板であってよい。本例の半導体基板10は、N型の自立型のGaN基板である。半導体基板10は、SiC基板であってもよい。半導体基板10は、気相成長法または液相成長法等の任意の方法を用いて製造されてよい。半導体基板10は、エピタキシャル成長されたGaN層を切り出したものであってもよい。なお、半導体基板10は省略されてもよい。
The
化合物半導体層20は、半導体基板10の上面に設けられる。化合物半導体層20は、GaNまたはSiC等の化合物半導体を有する。化合物半導体層20は、気相成長法または液相成長法等の任意の方法を用いて製造されてよい。本例の化合物半導体層20は、MOCVD法を用いて半導体基板10上にエピタキシャル成長されたN-型のGaN層である。一例において、化合物半導体層20のドーパント濃度は、1.0×1015cm-3以上、1.0×1017cm-3以下であるが、これに限定されない。本例の化合物半導体層20は、第1導電型領域21、第2導電型領域22およびコンタクト領域24を有する。
The
第1導電型領域21は、化合物半導体層20のおもて面23に設けられた第1導電型の領域である。本例の第1導電型領域21は、ボディ電極50と接続して設けられている。また、第1導電型領域21は、ボディ電極50と電気的に接続して設けられている。第1導電型領域21は、N+型のソース領域である。第1導電型領域21は、おもて面23から不純物をドーピングすることによって形成される。N型のドーパントは、化合物半導体層20がGaNである場合に、SiまたはGeであってよい。
The first
第2導電型領域22は、第1導電型領域21の下方に設けられた第2導電型の領域である。本例の第2導電型領域22は、P型のウェル領域である。本例の第2導電型領域22は、第1導電型領域21の下面および側面を覆って設けられている。第2導電型領域22は、おもて面23から不純物をドーピングすることによって形成される。P型のドーパントは、化合物半導体層20がGaNである場合に、Mgであってよい。第2導電型領域22のドーピング濃度は、1.0×1016cm-3以上、1.0×1018cm-3以下である。
The second
コンタクト領域24は、化合物半導体層20のおもて面23に設けられた第2導電型の領域である。コンタクト領域24は、おもて面23から第2導電型領域22まで延伸して設けられる。コンタクト領域24は、X軸方向において、予め定められた間隔で繰り返し配列されてよい。また、コンタクト領域24は、Y軸方向において、予め定められた間隔で繰り返し配列されてよい。本例のコンタクト領域24は、P+型のコンタクト領域である。コンタクト領域24のドーピング濃度は、第2導電型領域22のドーピング濃度よりも高い。コンタクト領域24のドーピング濃度は、5.0×1018cm-3以上、5.0×1020cm-3以下である。
The
層間絶縁膜30は、化合物半導体層20の上方に設けられる。層間絶縁膜30には、ソース電極60を化合物半導体層20と接続するためのソース開口62が設けられてよい。層間絶縁膜30は、Siを含む酸化物であってよい。層間絶縁膜30は、複数の絶縁膜が積層された積層膜であってよい。
The
ゲート電極40は、化合物半導体層20の上方に設けられる。ゲート電極40は、ゲート電圧の印加に応じて、化合物半導体層20の電気伝導性を制御する。例えば、ゲート電極40は、TiNの単層膜である。ゲート電極40は、X軸方向において、予め定められた間隔で繰り返し配列されてよい。本明細書において、X軸方向を配列方向と称する。
The
ゲート絶縁膜42は、ゲート電極40と化合物半導体層20との間に設けられる。ゲート絶縁膜42の材料は、酸化物または酸窒化物であってよい。ゲート絶縁膜42は、SiとOを含んでよく、例えば、SiO2膜である。また、ゲート絶縁膜42は、B、Al、Si、Ga、Ti、Y、Zr、Hf、TaまたはWを少なくとも1つ含んでよい。
The
ボディ電極50は、コンタクト領域24上に設けられる。本例のボディ電極50は、コンタクト領域24および層間絶縁膜30の両方に接触している。ボディ電極50の膜厚は、ゲート電極40の膜厚と同一であっても、異なっていてもよい。本例のボディ電極50の膜厚は、ゲート電極40の膜厚よりも薄い。ボディ電極50の膜厚は、10nm以上、200nm以下であってよい。例えば、ボディ電極50の膜厚は、50nmである。
The
ボディ電極50の材料は、ゲート電極40と同一であってもよいし、異なっていてもよい。ボディ電極50の材料がゲート電極40と同一の場合、ボディ電極50およびゲート電極40が同時に形成されてよい。ボディ電極50は、Ni、Pd、TiN、TiまたはAlの少なくとも1つを含んでよい。本例のボディ電極50の材料は、Niである。
The material of the
ソース電極60は、層間絶縁膜30のソース開口62を介して、ボディ電極50に接続されている。ソース電極60は、おもて面23にボディ電極50が設けられていない領域において、第1導電型領域21と接触して設けられてよい。ソース電極60は、ゲート電極40と同一の材料であってよいし、異なる材料であってもよい。本例のソース電極60は、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)の積層膜である。ボディ電極50およびソース電極60は、予め定められたソース電位に設定されている。
The
ドレイン電極70は、半導体基板10の裏面11に設けられる。ドレイン電極70は、ソース電極60と同一の材料であってよいし、異なる材料であってもよい。本例のドレイン電極70は、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)の積層膜である。
The
図1Bは、図1Aに係る半導体装置100の製造方法の一例を示す。本例では、半導体装置100の製造方法のうち、一部の工程を抜き出して説明する。なお、化合物半導体層20の下方の領域は省略している。
FIG. 1B shows an example of a method for manufacturing the
ステップS100において、化合物半導体層20のおもて面23にゲート絶縁膜42を形成する。また、ゲート絶縁膜42の上方に、予め定められた形状にパターニングされたゲート電極40を形成する。化合物半導体層20には、第1導電型領域21、第2導電型領域22およびコンタクト領域24が形成されていてよい。本例のゲート絶縁膜42は、プラズマCVD法によって成膜された100nmのSiO2膜である。プラズマCVD法では、シラン(SiH4)またはTEOS(テトラエトキシシラン)によってSi原料を供給して、酸素プラズマなどを用いてゲート絶縁膜42を成膜する。ゲート絶縁膜42は、熱処理によって形成された酸化膜であってよい。
In step S100, the
ステップS102において、ゲート絶縁膜42をエッチングにより除去しておもて面23を露出させる。本例では、ボディ電極50およびソース電極60を形成する領域のゲート絶縁膜42を除去する。ゲート絶縁膜42のエッチングは、ウェットエッチングであってよい。
In step S102, the
ステップS104において、ボディ電極50を形成する。このように、本例のボディ電極50は、ゲート絶縁膜42を形成した後に形成される。ステップS100でゲート絶縁膜42を形成しておくことにより、おもて面23のプラズマダメージを抑制しやすくなる。本例のボディ電極50は、蒸着によって成膜された50nmのNiである。ステップS106において、ボディ電極50の不要な部分を除去する。
In step S104, the
図1Cは、図1Bで示した製造方法の後続の工程を示す。本例では、図1BのステップS106の次の工程を示している。なお、化合物半導体層20の下方の領域は省略している。
FIG. 1C shows a subsequent step of the manufacturing method shown in FIG. 1B. In this example, the next step of step S106 of FIG. 1B is shown. The region below the
ステップS108において、ゲート電極40、ゲート絶縁膜42およびボディ電極50の上方に層間絶縁膜30を形成する。このように、本例の層間絶縁膜30は、ボディ電極50を形成した後に形成される。ステップS110において、層間絶縁膜30のドライエッチングによってソース開口62を形成する。ソース開口62の形成によって、ボディ電極50が露出する。ボディ電極50がエッチングストップ層として機能するので、コンタクト領域24のプラズマダメージを抑制することができる。
In step S108, the
ステップS112において、ソース電極60を形成する。ソース電極60は、ソース開口62においてボディ電極50と接続して設けられる。ボディ電極50が形成されていない領域では、ソース電極60がおもて面23上に形成されてよい。
In step S112, the
図1Dは、半導体装置100の構成の一例を示す。本例では、図1Aと同一の断面を示している。
FIG. 1D shows an example of the configuration of the
セルピッチPは、配列方向における繰り返し構造のピッチを示す。例えば、セルピッチPは、配列方向において、ゲート電極40の配列方向正側の端部から、隣接するゲート電極40の配列方向正側の端部までの距離である。セルピッチPは、8.0μm以下であってよく、5.0μm以下であってよい。
The cell pitch P indicates the pitch of the repeating structure in the arrangement direction. For example, the cell pitch P is the distance from the end of the
ソース開口幅Wsは、配列方向におけるソース開口62の幅である。例えば、ソース開口幅Wsは、3.0μm以下であってよく、1.0μm以下であってよい。ソース開口幅Wsは、0.5μm以上であってよい。本例のソース開口幅Wsは、1.0μmである。 The source opening width Ws is the width of the source opening 62 in the arrangement direction. For example, the source opening width Ws may be 3.0 μm or less, and may be 1.0 μm or less. The source opening width Ws may be 0.5 μm or more. The source opening width Ws of this example is 1.0 μm.
ゲート電極幅Wgは、ゲート電極40の配列方向における幅である。ゲート電極幅Wgは、1.0μm以上、5.0μm以下であってよい。例えば、ゲート電極幅Wgは、3.0μmである。
The gate electrode width Wg is the width of the
ボディ電極幅Wbは、配列方向におけるボディ電極50の幅である。コンタクト領域幅Wcは、配列方向におけるコンタクト領域24の幅である。ボディ電極幅Wbは、ソース開口幅Wsおよびコンタクト領域幅Wcよりも大きくてよい。ボディ電極幅Wbは、コンタクト領域幅Wcの2倍以上であってよい。
The body electrode width Wb is the width of the
膜厚Dgiは、ゲート絶縁膜42の深さ方向の厚みである。膜厚Dgiは、50nm以上、100nm以下であってよい。膜厚Dgiは、ボディ電極50の膜厚と同一であってもよく、異なっていてもよい。
The film thickness Dgi is the thickness of the
長さLsgは、配列方向におけるソース開口62とゲート電極40との距離である。長さLsgは、0.2μm以上、1.0μm以下であってよい。例えば、長さLsgは、0.5μmである。長さLsgを短くすることにより、半導体装置100を微細化することができる。
The length Lsg is the distance between the source opening 62 and the
長さLbgは、配列方向におけるボディ電極50とゲート電極40との距離である。長さLbgは、長さLsgの半分であってよく、長さLsgの半分以上であってもよい。長さLbgは、0.1μm以上、0.5μm以下であってよい。例えば、長さLbgは、0.25μmである。おもて面23の面方向において、ゲート電極40の端部から最も近いボディ電極50までの水平距離は、ゲート絶縁膜42の厚み以上であってよい。即ち、長さLbgは、ゲート絶縁膜42の膜厚Dgi以上である。これにより、耐圧の低下を抑制できる。また、長さLbgを長さLsgの半分以上とすることにより、プラズマダメージおよび耐圧の低下を抑制しつつ、微細化しやすくなる。
The length Lbg is the distance between the
ボディ電極50の端部は、層間絶縁膜30に埋め込まれ、おもて面23の面方向において、ソース電極60よりもゲート電極40に近接して設けられる。つまり、長さLsgは、長さLbgよりも大きくてよい。この場合、層間絶縁膜30が形成される前にボディ電極50が形成されているので、ボディ電極50がソース開口62の形成時のエッチストップ層として機能して、コンタクト領域24のプラズマダメージを抑制することができる。
The end portion of the
本例の半導体装置100は、コンタクト領域24へのプラズマダメージを抑制して、P型のコンタクト抵抗を低減することができる。特に、化合物半導体層20がGaNの場合、プラズマダメージによってN型化しやすいので、P型のコンタクト抵抗を低減する効果が高い。さらに、NiまたはPdといった酸化膜との密着性が悪いボディ電極50の剥がれのリスクを低減することができる。本例の半導体装置100は、工程数を増加させることなく、コンタクト領域24へのプラズマダメージを抑制できる。
The
図2は、半導体装置100の変形例である。本例の半導体装置100は、トレンチ構造を有する点で図1Aの実施例と相違する。本例では、図1Aの実施例との相違点について特に説明する。
FIG. 2 is a modification of the
第1導電型領域21は、化合物半導体層20のおもて面23に設けられる。第1導電型領域21の一部には、コンタクト領域24が設けられてよい。第2導電型領域22は、第1導電型領域21の下方に設けられる。トレンチ部は、おもて面23側から、第1導電型領域21および第2導電型領域22を貫通して設けられる。トレンチ部は、化合物半導体層20まで延伸して設けられてよい。
The first
ゲート電極40は、化合物半導体層20の深さ方向に延伸して設けられる。本例のゲート電極40は、XZ断面において、T字型の構造を有する。ゲート絶縁膜42は、トレンチ部の内壁に沿って、ゲート電極40と化合物半導体層20との間に設けられる。
The
トレンチ構造のセルピッチPは、8.0μm以下であってよく、5.0μm以下であってよい。トレンチ構造のセルピッチPは、プレーナ構造のセルピッチPよりも小さくすることができる。本例のセルピッチPは、3.0μmである。本例のゲート電極幅Wgは、1.0μmである。トレンチ構造のゲート電極幅Wgは、プレーナ構造のゲート電極幅Wgよりも小さくすることができる。 The cell pitch P of the trench structure may be 8.0 μm or less, and may be 5.0 μm or less. The cell pitch P of the trench structure can be made smaller than the cell pitch P of the planar structure. The cell pitch P of this example is 3.0 μm. The gate electrode width Wg of this example is 1.0 μm. The gate electrode width Wg of the trench structure can be made smaller than the gate electrode width Wg of the planar structure.
トレンチ構造の長さLsgは、プレーナ構造の長さLsgと同様に、0.2μm以上、1.0μm以下であってよい。トレンチ構造の長さLbgは、プレーナ構造の長さLbgと同様に、0.1μm以上、0.5μm以下であってよい。 The length Lsg of the trench structure may be 0.2 μm or more and 1.0 μm or less, similarly to the length Lsg of the planar structure. The length Lbg of the trench structure may be 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, similarly to the length Lbg of the planar structure.
本例の半導体装置100は、トレンチ構造においても、ボディ電極50の端部が層間絶縁膜30に埋め込まれ、おもて面23の面方向において、ソース電極60よりもゲート電極40に近接して設けられている。つまり、層間絶縁膜30が形成される前にボディ電極50が形成されているので、ボディ電極50がソース開口62の形成時のエッチストップ層として機能して、コンタクト領域24のプラズマダメージを抑制することができる。
In the
図3は、半導体装置100の変形例である。本例の半導体装置100は、図1Dの実施例と異なるボディ電極50の構造を有する。本例では、図1Dの実施例と相違する点について特に説明する。
FIG. 3 is a modification of the
本例のボディ電極幅Wbは、ソース開口幅Wsよりも小さい。即ち、ボディ電極50の端部は、層間絶縁膜30に埋め込まれていない。但し、ボディ電極50は、層間絶縁膜30の形成前に形成されてよい。ボディ電極幅Wbは、コンタクト領域幅Wcよりも大きい。これにより、コンタクト領域24のプラズマダメージを抑制することができる。ボディ電極幅Wbは、コンタクト領域幅Wcと同一であってもよい。
The body electrode width Wb of this example is smaller than the source opening width Ws. That is, the end portion of the
なお、その他の構造は、図1Dの実施例と同一であってよい。例えば、セルピッチP、ソース開口幅Ws、ゲート電極幅Wgおよび膜厚Dgiは、図1Dの実施例と同一である。 The other structures may be the same as those in the embodiment of FIG. 1D. For example, the cell pitch P, the source opening width Ws, the gate electrode width Wg, and the film thickness Dgi are the same as those in the embodiment of FIG. 1D.
図4は、半導体装置100の変形例である。本例の半導体装置100は、図3の実施例とトレンチ構造を有する点で相違する。本例のボディ電極幅Wbは、ソース開口幅Wsよりも小さく、ボディ電極50の端部が層間絶縁膜30に埋め込まれていない。ボディ電極50は、層間絶縁膜30の形成前に形成されてよい。ボディ電極幅Wbは、コンタクト領域幅Wcよりも大きいので、コンタクト領域24のプラズマダメージを抑制することができる。本例の半導体装置100は、ゲート電極幅Wgをプレーナ構造のゲート電極幅Wgよりも小さくできるので、セルピッチPをプレーナ構造のセルピッチPよりも小さくできる。これにより、半導体装置100を微細化することができる。
FIG. 4 is a modification of the
図5Aは、半導体装置100の変形例である。本例の半導体装置100は、図1Dおよび図3の実施例と異なるボディ電極50の構造を有する。本例では、図1Dおよび図3の実施例と相違する点について特に説明する。
FIG. 5A is a modification of the
ボディ電極50の幅は、ゲート電極40が繰り返し配列された配列方向において、コンタクト領域24の幅よりも小さい。即ち、ボディ電極50の端部は、おもて面23の面方向において、コンタクト領域24よりもゲート電極40と離間して設けられている。本例においても、ボディ電極50の下方のコンタクト領域24におけるプラズマダメージを抑制することができるので、コンタクトの高抵抗化を防止できる。なお、本例の半導体装置100は、プレーナ構造を有するが、トレンチ構造を有してもよい。
The width of the
図5Bは、図5Aに係る半導体装置100の製造方法の一例を示す。本例では、半導体装置100の製造方法のうち、一部の工程を抜き出して説明する。本例の製造方法は、ボディ電極50の端部が層間絶縁膜30に埋め込まれていない場合を示す。
FIG. 5B shows an example of a method for manufacturing the
ステップS200において、化合物半導体層20のおもて面23にゲート絶縁膜42を形成し、ゲート絶縁膜42の一部をエッチングにより除去している。化合物半導体層20には、第1導電型領域21、第2導電型領域22およびコンタクト領域24が形成されていてよい。本例では、ボディ電極50およびソース電極60を形成する領域のゲート絶縁膜42が除去されている。おもて面23においては、第1導電型領域21およびコンタクト領域24が露出している。ゲート絶縁膜42のエッチングは、ウェットエッチングであってよい。
In step S200, a
ステップS202において、ゲート絶縁膜42の上方に、予め定められた形状にパターニングされたゲート電極40を形成する。ゲート電極40は、エッチングプロセスによって形成されてもよいし、リフトオフプロセスによって形成されてもよい。
In step S202, a
ステップS204において、コンタクト領域24上にボディ電極50を形成する。このように、本例のボディ電極50は、ゲート絶縁膜42を形成した後に形成される。ステップS200でゲート絶縁膜42を形成しておくことにより、おもて面23のプラズマダメージを抑制しやすくなる。また、配列方向において、ボディ電極50の幅が、コンタクト領域24の幅よりも小さくなるようにボディ電極50が形成される。
In step S204, the
図5Cは、半導体装置100の製造方法の一例を示す。本例では、図5Bの続きのプロセスを示している。なお、化合物半導体層20の下方の領域は省略している。
FIG. 5C shows an example of a manufacturing method of the
ステップS206において、ゲート電極40、ゲート絶縁膜42およびボディ電極50の上方に層間絶縁膜30を形成する。このように、本例の層間絶縁膜30は、ボディ電極50を形成した後に形成される。ステップS208において、層間絶縁膜30のドライエッチングによってソース開口62を形成する。ソース開口62の形成によって、ボディ電極50およびおもて面23が露出する。ボディ電極50がエッチングストップ層として機能するので、ボディ電極50の下方のコンタクト領域24のプラズマダメージを抑制することができる。
In step S206, the
ステップS210において、ソース電極60を形成する。ソース電極60は、ソース開口62においてボディ電極50と接続して設けられる。ボディ電極50が形成されていない領域では、ソース電極60がおもて面23上に形成されてよい。本例のソース電極60は、ゲート絶縁膜42と離間して設けられている。
In step S210, the
図6は、半導体装置100の製造方法の一例を示す。本例では、ボディ電極50の製造方法が図5Bの場合と相違する。なお、プレーナ構造を有する半導体装置100について説明するが、トレンチ構造を有する半導体装置100についても同様に適用されてよい。
FIG. 6 shows an example of a manufacturing method of the
ステップS300は、ステップS200に対応する。ステップS302において、ゲート電極40およびボディ電極50を同時に形成する。ゲート電極40およびボディ電極50を同一の工程で形成することにより、製造プロセスを簡略化することができる。ゲート電極40の材料は、ボディ電極50の材料と同一となる。ゲート電極40の膜厚は、ボディ電極50の膜厚と同一であってよい。
Step S300 corresponds to step S200. In step S302, the
ステップS304において、予め定められた形状にパターニングされたゲート電極40およびボディ電極50を形成する。本例のゲート電極40およびボディ電極50は、ドライエッチングによって、予め定められた形状となる。ステップS304の後続の工程においては、図5CのステップS206~ステップS210と同一の工程によって、層間絶縁膜30およびソース電極60を形成してよい。
In step S304, the
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。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that the form with such changes or improvements may be included in the technical scope of the present invention.
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。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.
10・・・半導体基板、11・・・裏面、20・・・化合物半導体層、21・・・第1導電型領域、22・・・第2導電型領域、23・・・おもて面、24・・・コンタクト領域、30・・・層間絶縁膜、40・・・ゲート電極、42・・・ゲート絶縁膜、50・・・ボディ電極、60・・・ソース電極、62・・・ソース開口、70・・・ドレイン電極、100・・・半導体装置 10 ... semiconductor substrate, 11 ... back surface, 20 ... compound semiconductor layer, 21 ... first conductive type region, 22 ... second conductive type region, 23 ... front surface, 24 ... contact region, 30 ... interlayer insulating film, 40 ... gate electrode, 42 ... gate insulating film, 50 ... body electrode, 60 ... source electrode, 62 ... source opening , 70 ... Drain electrode, 100 ... Semiconductor device
Claims (16)
前記第1導電型領域の下方に設けられた第2導電型の第2導電型領域と、
前記おもて面から前記第2導電型領域まで延伸して設けられた第2導電型のコンタクト領域と、
前記化合物半導体層の上方に設けられた層間絶縁膜と、
前記コンタクト領域上に設けられたボディ電極と、
前記層間絶縁膜のソース開口を介して、前記ボディ電極に接続されたソース電極と、
前記化合物半導体層の上方に設けられたゲート電極と、
を備え、
前記ボディ電極の端部は、前記層間絶縁膜に埋め込まれ、前記おもて面の面方向において、前記ソース電極よりも前記ゲート電極に近接して設けられる
半導体装置。 The first conductive type region of the first conductive type provided on the front surface of the compound semiconductor layer, and
The second conductive type region of the second conductive type provided below the first conductive type region and the second conductive type region.
A second conductive type contact region extending from the front surface to the second conductive type region, and a contact region of the second conductive type.
An interlayer insulating film provided above the compound semiconductor layer and
With the body electrode provided on the contact area,
With the source electrode connected to the body electrode through the source opening of the interlayer insulating film,
A gate electrode provided above the compound semiconductor layer and
Equipped with
A semiconductor device in which the end portion of the body electrode is embedded in the interlayer insulating film and is provided closer to the gate electrode than the source electrode in the plane direction of the front surface.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the body electrode is in contact with both the contact region and the interlayer insulating film.
前記おもて面の面方向において、前記ゲート電極の端部から最も近い前記ボディ電極までの水平距離は、前記ゲート絶縁膜の厚み以上である
請求項1または2に記載の半導体装置。 A gate insulating film provided between the gate electrode and the compound semiconductor layer is provided.
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the horizontal distance from the end of the gate electrode to the nearest body electrode in the plane direction of the front surface is equal to or larger than the thickness of the gate insulating film.
前記配列方向において、前記ボディ電極の幅は、前記コンタクト領域の幅よりも大きい
請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体装置。 The gate electrodes are repeatedly arranged in a predetermined arrangement direction, and the gate electrodes are repeatedly arranged.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the width of the body electrode is larger than the width of the contact region in the arrangement direction.
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the body electrode contains at least one of Ni, Pd, TiN, Ti or Al.
請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the material of the body electrode is the same as the material of the gate electrode.
請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the film thickness of the body electrode is the same as the film thickness of the gate electrode.
請求項1から7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the film thickness of the body electrode is 10 nm or more and 200 nm or less.
請求項1から8のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the compound semiconductor layer is GaN.
請求項1から9のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the interlayer insulating film is an oxide containing Si.
請求項1から10のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, wherein the semiconductor device has a planar type structure.
前記ゲート絶縁膜を形成した後に、ボディ電極を形成する段階と、
前記ボディ電極を形成した後に層間絶縁膜を形成する段階と
を備える半導体装置の製造方法。 The stage of forming a gate insulating film above the compound semiconductor layer,
After forming the gate insulating film, the stage of forming the body electrode and
A method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming an interlayer insulating film after forming the body electrode.
請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising a step of forming a gate electrode and the body electrode at the same time.
請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12 or 13, wherein the width of the body electrode is larger than the source opening width for connecting the source electrode to the body electrode in the arrangement direction in which the gate electrodes are repeatedly arranged.
ゲート電極が繰り返し配列された配列方向において、前記ボディ電極の幅は、ソース電極を前記ボディ電極と接続するためのソース開口幅よりも小さく、前記コンタクト領域の幅よりも大きい
請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。 A step of providing a contact region on the front surface of the compound semiconductor layer is provided.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to the description.
ゲート電極が繰り返し配列された配列方向において、前記ボディ電極の幅は、前記コンタクト領域の幅よりも小さい
請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。 A step of providing a contact region on the front surface of the compound semiconductor layer is provided.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the width of the body electrode is smaller than the width of the contact region in the arrangement direction in which the gate electrodes are repeatedly arranged.
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