JP2020155470A - Method for manufacturing nitride semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に開示する技術は、窒化物半導体装置の製造方法に関する。 The techniques disclosed herein relate to methods of manufacturing nitride semiconductor devices.
特許文献１には、窒化物半導体装置のｐ型領域を形成する技術が開示されている。
熱拡散によってｐ型領域を形成する場合には、ｐ型不純物の拡散プロファイルの制御性がイオン注入法に比して低いため、ｐ型領域の深さや幅を高精度に位置決めすることが困難である。 When a p-type region is formed by thermal diffusion, the controllability of the diffusion profile of p-type impurities is lower than that of the ion implantation method, so it is difficult to accurately position the depth and width of the p-type region. is there.
本明細書に開示する窒化物半導体装置の製造方法の一実施形態は、窒化物半導体基板の一部にｎ型不純物を第１濃度で含んだｎ型領域を形成する工程を備える。窒化物半導体基板の露出面からｎ型領域以外の特定領域にｐ型不純物を導入する不純物導入工程を備える。特定領域に含まれるｎ型不純物の濃度は第１濃度よりも低い。特定領域はｎ型領域に接している。ｎ型領域中のｎ型不純物を拡散させずにｐ型不純物を選択的に特定領域内に熱拡散させる拡散工程を備える。拡散工程では、ｎ型領域と特定領域との境界面でｐ型不純物の拡散を停止させることでｐ型不純物をｎ型領域の内部へ拡散させない。 One embodiment of the method for manufacturing a nitride semiconductor device disclosed in the present specification includes a step of forming an n-type region containing an n-type impurity at a first concentration in a part of a nitride semiconductor substrate. It is provided with an impurity introduction step of introducing p-type impurities into a specific region other than the n-type region from the exposed surface of the nitride semiconductor substrate. The concentration of n-type impurities contained in the specific region is lower than the first concentration. The specific region is in contact with the n-type region. A diffusion step is provided in which p-type impurities are selectively thermally diffused into a specific region without diffusing the n-type impurities in the n-type region. In the diffusion step, the diffusion of p-type impurities is stopped at the interface between the n-type region and the specific region, so that the p-type impurities are not diffused into the n-type region.
ｎ型領域と特定領域との境界面でｐ型不純物の拡散を停止させることで、ｐ型不純物をｎ型領域の内部へ拡散させないことができる。また、ｎ型領域中のｎ型不純物を拡散させないことで、ｎ型領域と特定領域との境界面の形状を維持することができる。すなわち、ｎ型領域を、ｐ型不純物の拡散をストップする領域として機能させることができる。ｐ型領域の深さや幅を高精度に位置決めすることが可能となる。 By stopping the diffusion of p-type impurities at the interface between the n-type region and the specific region, it is possible to prevent the p-type impurities from diffusing into the n-type region. Further, by not diffusing the n-type impurities in the n-type region, the shape of the interface between the n-type region and the specific region can be maintained. That is, the n-type region can function as a region for stopping the diffusion of p-type impurities. It is possible to position the depth and width of the p-shaped region with high accuracy.
拡散工程では、ｐ型不純物の拡散プロファイルと水素の拡散プロファイルとの少なくとも一部が同一形状となってもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 In the diffusion step, at least a part of the diffusion profile of the p-type impurity and the diffusion profile of hydrogen may have the same shape. Details of the effect will be described in Examples.
ｐ型不純物の拡散プロファイルと水素の拡散プロファイルとが同一形状となる領域において、ｐ型不純物の濃度と水素の濃度が同一となってもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 In a region where the diffusion profile of the p-type impurity and the diffusion profile of hydrogen have the same shape, the concentration of the p-type impurity and the concentration of hydrogen may be the same. Details of the effect will be described in Examples.
拡散工程は、チャンバ内に水素を存在させた状態で行われてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The diffusion step may be carried out in the presence of hydrogen in the chamber. Details of the effect will be described in Examples.
拡散工程は、窒化物半導体基板の飽和蒸気圧近傍の高圧下で行われてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The diffusion step may be performed under a high pressure near the saturated vapor pressure of the nitride semiconductor substrate. Details of the effect will be described in Examples.
ｐ型不純物を導入する工程はイオン注入によって行われてもよい。 The step of introducing the p-type impurity may be performed by ion implantation.
ｐ型不純物を導入する工程は固相拡散によって行われてもよい。 The step of introducing the p-type impurity may be carried out by solid phase diffusion.
（ｎ＋型領域によるｐ型不純物の拡散停止機能）
本発明者らは、窒化物半導体において、ｐ型不純物の拡散をストップする領域としてｎ＋型領域を機能させることができることを見出した。ここで「ｎ＋型領域」とは、「ｎ−型領域」と比してｎ型不純物濃度が高い領域のことである。以下に説明する。本実施例では、窒化物半導体として窒化ガリウム（ＧａＮ）、II族元素のｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を用いている。
(Diffusion stop function of p-type impurities by n + type region)
The present inventors have found that in a nitride semiconductor, the n + type region can function as a region for stopping the diffusion of p-type impurities. Here, the "n + type region" is a region in which the concentration of n-type impurities is higher than that of the "n - type region". This will be described below. In this embodiment, gallium nitride (GaN) is used as the nitride semiconductor, magnesium (Mg) is used as the p-type impurity of the group II element, and silicon (Si) is used as the n-type impurity.
図１はｐ型不純物の熱拡散前の状態を示し、図２はｐ型不純物の熱拡散後の状態を示している。図１（Ａ）は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法を用いた、各元素の深さ方向の濃度プロファイルである。図１（Ａ）の縦軸はＭｇ、水素（Ｈ）、Ｓｉの各元素の濃度である。横軸は、ｎ−型ＧａＮ層１０３の表面１０３ａからの深さである。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）対応する構造を図解したものである。図１（Ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１００は、ｎ型基板１０１、ｎ＋型ＧａＮ層１０２、ｎ−型ＧａＮ層１０３を備えている。ｎ＋型ＧａＮ層１０２のＳｉ濃度は、８×１０１８（ｃｍ−３）以上である。ｎ−型ＧａＮ層１０３のＳｉ濃度は、３×１０１６（ｃｍ−３）程度である。ｎ−型ＧａＮ層１０３のＳｉ濃度は、ｎ＋型ＧａＮ層１０２のＳｉ濃度よりも二桁以上低い。ｎ＋型ＧａＮ層１０２のＳｉ濃度の決め方については、後述する。ｎ＋型ＧａＮ層１０２およびｎ−型ＧａＮ層１０３は、ｎ型基板１０１上にエピタキシャル成長した層である。ｎ−型ＧａＮ層１０３とｎ＋型ＧａＮ層１０２との界面ＩＦ１の、表面１０３ａからの深さＤ１は、約１９００ｎｍである。ｎ＋型ＧａＮ層１０２とｎ型基板１０１との界面ＩＦ２の、表面１０３ａからの深さＤ２は、約２２００ｎｍである。
FIG. 1 shows a state before thermal diffusion of p-type impurities, and FIG. 2 shows a state after thermal diffusion of p-type impurities. FIG. 1 (A) is a concentration profile in the depth direction of each element using the secondary ion mass spectrometry (SIMS) method. The vertical axis of FIG. 1 (A) is the concentration of each element of Mg, hydrogen (H), and Si. The horizontal axis is the depth of the n -
図１（Ｂ）に示すように、ｎ−型ＧａＮ層１０３の表面１０３ａには、Ｍｇがイオン注入されている。図１（Ｂ）では、注入されたＭｇをバツ印で示している。注入エネルギーは、注入深さが３００ｎｍとなるように設定した。また注入量は、１×１０１９（ｃｍ−３）とした。その結果、Ｍｇ濃度プロファイルＰ１１は、表面１０３ａから３００ｎｍ程度の領域Ｒ１１にピークが存在し、その濃度は１×１０１９（ｃｍ−３）である。なお図１（Ｂ）では、Ｓｉ濃度プロファイルＰ１２は、ｎ−型ＧａＮ層１０３しか取得していない。従って、ｎ＋型ＧａＮ層１０２中のＳｉ濃度は、図１（Ｂ）には表れていない。
As shown in FIG. 1 (B), Mg is ion-implanted on the
図２は、図１のＧａＮ基板１００のアニール後の状態を示している。図２の内容は、図１と同様であるため、説明を省略する。本実施例では、ＧａＮの飽和蒸気圧近傍の高圧下で、不活性雰囲気中（例：Ｎ２雰囲気中）でＧａＮ基板１００をアニールした。具体的には、１４８０℃、１０００ＭＰａ、１５分間の条件でアニールした。ＧａＮの飽和蒸気圧近傍の高圧下でアニールすることにより、表面１０３ａから窒素が抜けてしまうことを抑制することができる。ｎ−型ＧａＮ層１０３の結晶性を良好に保つことが可能となる。
FIG. 2 shows the state of the GaN
図２（Ａ）のＭｇ濃度プロファイルＰ２１に示すように、Ｍｇが深さ方向（図２の右方向）へ拡散していることが分かる。また、界面ＩＦ１を境界として、Ｍｇ濃度が１／１０以下に減少していることが分かる。すなわち、Ｍｇの深さ方向への拡散が、ｎ＋型ＧａＮ層１０２によって停止している。また図２（Ａ）の領域Ｒ１２に示すように、ｎ−型ＧａＮ層１０３内の界面ＩＦ１近傍領域において、Ｍｇ濃度が一定値になっていることが分かる。これは、ｎ＋型ＧａＮ層１０２側へ拡散できなかったＭｇが界面ＩＦ１近傍に溜まった結果、領域Ｒ１２でのＭｇ濃度が上昇したためと考えられる。
As shown in the Mg concentration profile P21 of FIG. 2 (A), it can be seen that Mg is diffused in the depth direction (right direction of FIG. 2). Further, it can be seen that the Mg concentration is reduced to 1/10 or less with the interface IF1 as a boundary. That is, the diffusion of Mg in the depth direction is stopped by the n +
図２（Ａ）のＳｉ濃度プロファイルＰ２２は、界面ＩＦ１およびＩＦ２において、Ｍｇ濃度プロファイルＰ２１に比して急峻なプロファイルを有している。すなわち、アニールによって、ｎ＋型ＧａＮ層１０２中のＳｉは拡散していないことが分かる。これは、ＳｉはＭｇに比して拡散しにくい特性を有するためである。
The Si concentration profile P22 of FIG. 2A has a steeper profile than the Mg concentration profile P21 at the interfaces IF1 and IF2. That is, it can be seen that Si in the n +
以上より、ｎ＋型ＧａＮ層１０２によって、Ｍｇの拡散を停止できることが分かる。またｎ＋型ＧａＮ層１０２中のＳｉを拡散させないことで、ｎ＋型ＧａＮ層１０２のプロファイルがアニールによって大きく崩れないことが分かる。よってｎ＋型ＧａＮ層１０２は、Ｍｇの拡散を狙いの位置で停止させるための拡散停止層に適した特性を有していることが分かる。
From the above, it can be seen that the diffusion of Mg can be stopped by the n +
また図２（Ａ）において、Ｍｇ濃度プロファイルＰ２１とＨ濃度プロファイルＰ２３とが、深さ６００ｎｍから界面ＩＦ１までの領域Ｒ１３において同一形状となっている。換言すると、領域Ｒ１３において、Ｍｇ濃度とＨ濃度が同一となっている。すなわち、水素とＭｇが１：１で結合してｎ−型ＧａＮ層１０３中を拡散していることが分かる。Ｍｇと結合する水素は、アニール雰囲気中から供給することができる。本実施例では、アニール用チャンバ内に微量に存在している水から、雰囲気中に水素を供給している。
Further, in FIG. 2A, the Mg concentration profile P21 and the H concentration profile P23 have the same shape in the region R13 from the depth of 600 nm to the interface IF1. In other words, the Mg concentration and the H concentration are the same in the region R13. That is, hydrogen and Mg 1: bonded to
ｐ型ＧａＮ中に水素が非常に高濃度に含まれると、Ｍｇの活性化が阻害されてしまうことが知られている。例えば、有機金属気相成長法(MOVPE法)において、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いて成長させたｐ型ＧａＮには、水素が非常に高濃度に含まれるため、Ｍｇの活性化のために脱水素が必要となる。本明細書に記載されている技術では、上述したように、ｐ型ＧａＮ中のＭｇ濃度とＨ濃度を同程度にすることができる。MOVPE法で成長させたｐ型ＧａＮに比して、水素濃度を十分に低くすることができる。よって、脱水素を行うことなく、Ｍｇを活性化することが可能となる。 It is known that when hydrogen is contained in p-type GaN at a very high concentration, activation of Mg is inhibited. For example, in the metalorganic vapor phase growth method (MOVPE method), p-type GaN grown using cyclopentadienyl magnesium (Cp2Mg) contains hydrogen at a very high concentration, so that Mg activation Therefore, dehydrogenation is required. In the technique described herein, as described above, the Mg concentration and the H concentration in the p-type GaN can be made comparable. The hydrogen concentration can be sufficiently lowered as compared with the p-type GaN grown by the MOVPE method. Therefore, it is possible to activate Mg without dehydrogenation.
（拡散停止メカニズム）
ｎ＋型領域でｐ型不純物の拡散を停止できるメカニズムについて、発明者らは以下のモデルを考案した。MOVPE法などによる、ＭｇドープＧａＮ結晶の成長中には、水素と結合しているＭｇは拡散しやすくなることが知られている。また、水素はｐ型ＧａＮ中は拡散するが、ｎ型ＧａＮ中には拡散バリアが存在し、拡散しにくいことが知られている。これは、ｐｎ接合端においてフェルミレベルが価電子帯側から伝導帯側に移動するにしたがって水素の形成エネルギーが増大するためである。そのため、ｎ型ＧａＮ中では水素が形成されにくく、これが拡散バリアとなる。この原理については、例えば、Lyonsらによる論文（Physical Review Letters 108, “Shallow versus Deep Nature of Mg Acceptors in Nitride Semiconductors”, 156403, 2012）に記載がある。
(Diffusion stop mechanism)
The inventors have devised the following model for a mechanism capable of stopping the diffusion of p-type impurities in the n + type region. It is known that Mg bonded to hydrogen tends to diffuse during the growth of Mg-doped GaN crystals by the MOVPE method or the like. Further, it is known that hydrogen diffuses in p-type GaN, but a diffusion barrier exists in n-type GaN and it is difficult to diffuse. This is because the hydrogen formation energy increases as the Fermi level moves from the valence band side to the conduction band side at the pn junction end. Therefore, hydrogen is unlikely to be formed in n-type GaN, which serves as a diffusion barrier. This principle is described, for example, in a paper by Lyons et al. (Physical Review Letters 108, “Shallow versus Deep Nature of Mg Acceptors in Nitride Semiconductors”, 156403, 2012).
ＧａＮがｎ型として機能するかｐ型として機能するかは、ＧａＮ中のｎ型不純物（例：Ｓｉ）とｐ型不純物（例：Ｍｇ）との濃度の大小関係によって定まる。図１の熱拡散前の状態では、Ｍｇ濃度がｎ−型ＧａＮ層１０３のＳｉ濃度（３×１０１６（ｃｍ−３））より高濃度であるｐ型機能領域Ｒｐは、表面１０３ａから深さ約１０００ｎｍまでの領域に存在している。ｐ型機能領域Ｒｐ内のｎ−型ＧａＮ層１０３は、ｐ型ＧａＮとして機能する。一方、ｎ型機能領域Ｒｎ内のｎ−型ＧａＮ層１０３は、ｎ型ＧａＮとして機能する。Ｍｇは、水素と結合してｐ型機能領域Ｒｐ内を拡散する。
Whether GaN functions as n-type or p-type is determined by the magnitude relationship between the concentrations of n-type impurities (eg Si) and p-type impurities (eg Mg) in GaN. In the state before thermal diffusion in FIG. 1, the p-type functional region Rp having a Mg concentration higher than the Si concentration (3 × 10 16 (cm -3 )) of the n -
ｐ型機能領域Ｒｐ内でのＭｇの拡散が進むにつれて、ｐ型機能領域Ｒｐとｎ型機能領域Ｒｎとの界面ＩＦａにおけるＭｇ濃度が、ｎ−型ＧａＮ層１０３のＳｉ濃度（３×１０１６（ｃｍ−３））を超えるようになる。すると、Ｍｇの拡散が進むにつれて、界面ＩＦａは深さ方向（図１右方向）へ移動していく。ｐ型機能領域Ｒｐが深さ方向へさらに拡大していくため、Ｍｇは水素と結合して深さ方向へさらに拡散していくことが可能となる。Ｍｇが水素と結合して拡散していることは、図２（Ａ）の領域Ｒ１３において、Ｍｇ濃度プロファイルＰ２１とＨ濃度プロファイルＰ２３とが同一形状であることからも分かる。 As the diffusion of Mg in the p-type functional region Rp progresses, the Mg concentration at the interface IFa between the p-type functional region Rp and the n-type functional region Rn becomes the Si concentration of the n - type GaN layer 103 (3 × 10 16 (3 × 10 16 ). It will exceed cm -3 )). Then, as the diffusion of Mg progresses, the interface IFa moves in the depth direction (right direction in FIG. 1). Since the p-type functional region Rp further expands in the depth direction, Mg can be combined with hydrogen and further diffused in the depth direction. It can be seen from the fact that the Mg concentration profile P21 and the H concentration profile P23 have the same shape in the region R13 of FIG. 2 (A) that Mg is bonded to hydrogen and diffused.
Ｍｇは、界面ＩＦ１（図２）まで拡散する。界面ＩＦ１におけるＭｇ濃度に比して、ｎ＋型ＧａＮ層１０２のＳｉ濃度（８×１０１８（ｃｍ−３））は十分に高い。よって界面ＩＦ１におけるＭｇ濃度は、ｎ＋型ＧａＮ層１０２のＳｉ濃度を超えることができない。その結果、ｎ＋型ＧａＮ層１０２はｎ型が維持されるため、水素はｎ＋型ＧａＮ層１０２中を拡散しない。よってＭｇもｎ＋型ＧａＮ層１０２中を拡散しない。ｎ＋型ＧａＮ層１０２は、Ｍｇの拡散停止層として機能する。
Mg diffuses to interface IF1 (FIG. 2). The Si concentration (8 × 10 18 (cm -3 )) of the n +
以上より、ｎ＋型ＧａＮ層がＭｇの拡散停止層として機能する条件は、アニール完了後のｎ＋型ＧａＮ層の界面におけるＭｇ濃度よりも、ｎ＋型ＧａＮ層のＳｉ濃度が高いことである。具体的には、Ｍｇの注入量、Ｍｇを拡散させる層のＳｉ濃度、Ｍｇの拡散距離などに基づいて、アニール完了後におけるｎ＋型ＧａＮ層の界面でのＭｇ濃度を概算すればよい。そして、Ｍｇ濃度の概算値よりもｎ＋型ＧａＮ層のＳｉ濃度が高くなるように、半導体基板を設計すればよい。 From the above, the conditions n + -type GaN layer functions as a diffusion stop layer Mg, rather than the Mg concentration at the interface of annealing after completion of the n + -type GaN layer, is the high Si concentration of the n + -type GaN layer .. Specifically, the Mg concentration at the interface of the n + type GaN layer after the annealing is completed may be roughly estimated based on the amount of Mg injected, the Si concentration of the layer in which Mg is diffused, the diffusion distance of Mg, and the like. Then, the semiconductor substrate may be designed so that the Si concentration of the n + type GaN layer is higher than the approximate value of the Mg concentration.
なお図２（Ａ）において、界面ＩＦ１よりも深い領域Ｒ１４に水素が１×１０１6〜１０１７（ｃｍ−３）程度存在しているため、水素が界面ＩＦ１を超えてｎ＋型ＧａＮ層１０２側にも拡散しているようにも見える。しかし領域Ｒ１４の水素濃度は、図１（Ａ）に示すように拡散前の水素濃度と同等であるため、実際には水素は界面ＩＦ１を超えてｎ＋型ＧａＮ層１０２側には拡散していない。
In FIG. 2A, since hydrogen exists in the region R14 deeper than the interface IF1 by about 1 × 10 16 to 10 17 (cm -3 ), the hydrogen exceeds the interface IF1 and is n +
（窒化物半導体装置の製造方法）
本明細書に記載されている技術を用いた窒化物半導体装置の製造方法の一例について、説明する。本実施例では、ゲート電極の下方で一対のボディ領域の間に挟まれたｎ型のＪＦＥＴ領域（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ ＦＥＴ領域）を備えた、縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明する。図３のフローチャートのステップＳ１において、基板形成工程が行われる。この工程は、窒化物半導体基板１０の一部にｎ＋型領域を形成する工程の一例である。具体的には図４に示すように、支持基板９上にｎ＋型ＧａＮ層１１およびｎ−型ＧａＮ層１２を積層する。ｎ＋型ＧａＮ層１１およびｎ−型ＧａＮ層１２は、エピタキシャル成長（例：ＨＶＰＥ法）により形成することができる。
(Manufacturing method of nitride semiconductor device)
An example of a method for manufacturing a nitride semiconductor device using the technique described in the present specification will be described. In this embodiment, a method of manufacturing a vertical MOSFET having an n-type JFET region (Junction FET region) sandwiched between a pair of body regions below the gate electrode will be described. In step S1 of the flowchart of FIG. 3, a substrate forming step is performed. This step is an example of a step of forming an n + type region on a part of the
ステップＳ２において、ｐ型不純物であるＭｇを導入する工程が行われる。図５に示すように、ｎ型のＪＦＥＴ領域となる領域を覆うマスク２０を介して、窒化物半導体基板１０の表面から、Ｍｇをイオン注入する。これにより、ｎ型のＪＦＥＴ領域以外の領域にＭｇを導入することができる。なお図５では、注入されたＭｇをバツ印で示している。なお、このイオン注入の目的は、Ｍｇを窒化物半導体基板１０の表面近傍に導入することであり、ｎ−型ＧａＮ層１２の全体をｐ型化させることではない。よって浅いイオン注入でよいため、注入により発生する欠陥は許容できる程度に少なくすることができる。
In step S2, a step of introducing Mg, which is a p-type impurity, is performed. As shown in FIG. 5, Mg is ion-implanted from the surface of the
Ｍｇのイオン注入では、水素や窒素を同時に注入してもよい。窒素を共注入することにより、イオン注入時に発生してしまう窒素空孔を減少させることができる。また水素を共注入することにより、Ｍｇと結合する水素を供給することが可能になる。 In the ion implantation of Mg, hydrogen and nitrogen may be implanted at the same time. By co-implanting nitrogen, it is possible to reduce the nitrogen vacancies that occur during ion implantation. Further, by co-injecting hydrogen, it becomes possible to supply hydrogen that binds to Mg.
ステップＳ３において、拡散工程が行われる。具体的には、ＧａＮの飽和蒸気圧近傍の高圧下で、Ｎ２雰囲気中でアニールする。アニール条件の一例としては、１４００℃、４００〜１０００ＭＰａ、１５分間、が挙げられる。拡散工程では、アニール用チャンバ内に微量に存在している水から、アニール雰囲気中へ水素を供給している。これにより、Ｍｇが水素と結合し、ｎ−型ＧａＮ層１２中を拡散する。Ｍｇの拡散は、ｎ＋型ＧａＮ層１１で停止する。このとき、深さ方向へ異方性を有してＭｇを拡散させることができる。従って、図６に示すように、ｎ型のＪＦＥＴ領域１２ｂと、ｐ型ボディ領域１２ａを形成することができる。
In step S3, the diffusion step is performed. Specifically, under high pressure of GaN saturated vapor圧近near, annealing in an N 2 atmosphere. Examples of annealing conditions include 1400 ° C., 400 to 1000 MPa, and 15 minutes. In the diffusion step, hydrogen is supplied into the annealing atmosphere from a small amount of water present in the annealing chamber. Thus, Mg is bonded to hydrogen, n - diffusion
深さ方向へ異方性を有してＭｇが拡散する理由を説明する。Ｍｇの拡散自体は、等方的に行われる。しかし、ｎ−型ＧａＮ層１２の厚さＴ１（１μｍ程度）は、ｐ型ボディ領域１２ａの幅Ｗ１（数十μｍ）に比して、十分に小さい。このようなアスペクト比を考慮すると、横方向（図６左右方向）の拡散は無視できるため、実質的に深さ方向に異方性を有してＭｇを拡散させることができる。
The reason why Mg diffuses with anisotropy in the depth direction will be described. The diffusion of Mg itself is isotropic. However, the thickness T1 (about 1 μm) of the n -
ステップＳ４において、脱水素アニールを行う。なお、本実施例では、脱水素アニールは省略できる。理由を説明する。従来技術においてｐ型ＧａＮ層をMOVPE法で作成する際には、ｐ型不純物であるＭｇを添加するためにＣｐ２Ｍｇを用いる。すると、ｐ型ＧａＮ層には水素が非常に高濃度に含まれるため、Ｍｇを活性化するための脱水素が必要となる。しかし本明細書に記載されている技術では、ｎ−型ＧａＮを熱拡散によってｐ型ＧａＮにすることができる。よって、ｐ型ＧａＮを配置する部分を、ｎ−型ＧａＮで作成することができる。ｎ−型ＧａＮは、MOVPE法に比して水素含有量が少なくなるような成長法（例：ハイドライド気相成長法（HVPE法））で作成することができる。よって、本明細書に記載されている技術で作成したｐ型ＧａＮは、脱水素工程を不要にすることができる。 In step S4, dehydrogenation annealing is performed. In this embodiment, dehydrogenation annealing can be omitted. Explain the reason. When the p-type GaN layer is prepared by the MOVPE method in the prior art, Cp2Mg is used to add Mg which is a p-type impurity. Then, since the p-type GaN layer contains hydrogen at a very high concentration, dehydrogenation is required to activate Mg. However, in the technique described herein, n - type GaN can be converted to p-type GaN by thermal diffusion. Therefore, the portion where the p-type GaN is arranged can be created with the n - type GaN. The n - type GaN can be produced by a growth method (eg, hydride vapor phase growth method (HVPE method)) in which the hydrogen content is lower than that of the MOVPE method. Therefore, the p-type GaN produced by the technique described in the present specification can eliminate the dehydrogenation step.
ステップＳ５において、ソース領域の形成工程が行われる。具体的には、周知のフォトリソグラフィー技術およびドライエッチング加工を用いて、ソース領域１３および１４に対応する開口部を備えたマスクを加工する。マスクを介して、ｐ型ボディ領域１２ａにシリコンをイオン注入する。そして活性化アニールを実行する。活性化アニールでは、ＧａＮの飽和蒸気圧近傍の高圧を用いなくてもよい。
In step S5, the step of forming the source region is performed. Specifically, a well-known photolithography technique and dry etching processing are used to process a mask having openings corresponding to source
ステップＳ６において、電極形成工程が行われる。具体的には、図７に示すように、ゲート絶縁膜１５を介してゲート電極１６を形成する。また、ソース電極１７および１８を形成する。支持基板９の裏面に不図示のドレイン電極を形成する。これにより、ｎ型のＪＦＥＴ領域１２ｂを備えた、縦型ＭＯＳＦＥＴ１が完成する。
In step S6, the electrode forming step is performed. Specifically, as shown in FIG. 7, the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
（変形例）
ステップＳ３（図６）において、深さ方向へ異方性を有してＭｇを拡散させる技術は、各種のデバイス構造に適用可能である。例えば、ｎ型のドリフト層を有する半導体装置の終端領域において、ｐ型のガードリング構造を作成する領域にＭｇをイオン注入して拡散させればよい。これにより、簡易にガードリングを形成できる。
(Modification example)
In step S3 (FIG. 6), the technique of diffusing Mg with anisotropy in the depth direction can be applied to various device structures. For example, in the terminal region of a semiconductor device having an n-type drift layer, Mg may be ion-implanted into a region where a p-type guard ring structure is formed and diffused. As a result, the guard ring can be easily formed.
ステップＳ３において、ｐ型不純物であるＭｇを導入する工程は、イオン注入に限られず、例えば固相拡散の技術を用いてもよい。具体的には、窒化物半導体基板１０の表面のｎ型領域以外の領域に、ｐ型不純物を含んだ膜を成膜してからアニールしてもよい。このような膜の一例としては、スパッタ等で成膜されたＭｇ、Ｂｅ、窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）、窒化ベリリウム（Ｂｅ３Ｎ２）、などが挙げられる。また、炉内に配置したルツボ内にｐ型不純物（例：Ｍｇ、Ｂｅ）を含んだ粒を入れた状態で、アニールを行ってもよい。
In step S3, the step of introducing Mg, which is a p-type impurity, is not limited to ion implantation, and for example, a solid phase diffusion technique may be used. Specifically, a film containing p-type impurities may be formed in a region other than the n-type region on the surface of the
本実施形態では、ｎ−型ＧａＮ層にＭｇを拡散させる場合を説明したが、この形態に限られない。真性半導体であるｉ型ＧａＮ層にＭｇを拡散させてもよい。 In the present embodiment, n - a case has been described for diffusing Mg in -type GaN layer is not limited to this embodiment. Mg may be diffused in the i-type GaN layer which is an intrinsic semiconductor.
ステップＳ４で行われるアニールは、高圧下に限られない。任意の圧力下でアニールを行っても、本明細書の技術の効果を得ることができる。 The annealing performed in step S4 is not limited to high pressure. Even if annealing is performed under an arbitrary pressure, the effects of the techniques described herein can be obtained.
アニール雰囲気中に水素を供給する形態は様々であってよい。例えば、アニール用チャンバ内に水素を含んだガスを供給しながらアニールしてもよい。 There may be various forms of supplying hydrogen in the annealing atmosphere. For example, annealing may be performed while supplying a gas containing hydrogen into the annealing chamber.
ステップＳ２のｎ＋型領域形成工程と、ステップＳ３のｐ型不純物を導入する工程との順序は逆でもよい。これらの工程間に他の工程が複数存在していてもよい。 The order of the n + type region forming step in step S2 and the step of introducing the p-type impurity in step S3 may be reversed. A plurality of other steps may exist between these steps.
窒化物半導体はＧａＮに限定されるものではなく、例えば窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、または、その混晶等であってもよい。 The nitride semiconductor is not limited to GaN, and may be, for example, gallium nitride (AlGaN), AlN (aluminum nitride), InN (indium nitride), or a mixed crystal thereof.
上記の実施例では、ｐ型領域を形成するためのII族元素の一例としてマグネシウム（Ｍｇ）を用いていたが、この構成に限定されるものではない。II族元素は、例えばベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）等であってもよい。 In the above embodiment, magnesium (Mg) is used as an example of the group II element for forming the p-type region, but the present invention is not limited to this configuration. The group II element may be, for example, beryllium (Be), calcium (Ca), or the like.
上記の実施例では、ｎ型領域を形成するための元素の一例としてシリコン（Ｓｉ）を用いていたが、この構成に限定されず、ゲルマニウム（Ｇｅ）などを用いてもよい。 In the above embodiment, silicon (Si) is used as an example of the element for forming the n-type region, but the present invention is not limited to this configuration, and germanium (Ge) or the like may be used.
ｎ＋型ＧａＮ層１０２、ｎ＋型ＧａＮ層１１、ソース領域１３および１４は、ｎ型領域の一例である。
The n +
１：横型ＭＯＳＦＥＴ ９：支持基板 １０：窒化物半導体基板 １１：ｎ＋型ＧａＮ層 １２：ｉ型ＧａＮ層 １３、１４：ソース領域 １０１：ｎ型基板 １０２：ｎ＋型ＧａＮ層 １０３：ｉ型ＧａＮ層 Ｐ１１、Ｐ２１：Ｍｇ濃度プロファイル Ｐ１２、Ｐ２２：Ｓｉ濃度プロファイル Ｐ１３、Ｐ２３：Ｈ濃度プロファイル
1: Horizontal MOSFET 9: Support substrate 10: Nitride semiconductor substrate 11: n + type GaN layer 12: i-
Claims (8)
前記窒化物半導体基板の露出面から前記ｎ型領域以外の特定領域にｐ型不純物を導入する不純物導入工程であって、
前記特定領域に含まれるｎ型不純物の濃度は前記第１濃度よりも低く、前記特定領域は前記ｎ型領域に接している、前記不純物導入工程と、
前記ｎ型領域中のｎ型不純物を拡散させずに前記ｐ型不純物を選択的に前記特定領域内に熱拡散させる拡散工程と、
を備え、
前記拡散工程では、前記ｎ型領域と前記特定領域との境界面で前記ｐ型不純物の拡散を停止させることで前記ｐ型不純物を前記ｎ型領域の内部へ拡散させない、窒化物半導体装置の製造方法。 A step of forming an n-type region containing an n-type impurity at a first concentration in a part of a nitride semiconductor substrate, and
This is an impurity introducing step of introducing a p-type impurity into a specific region other than the n-type region from the exposed surface of the nitride semiconductor substrate.
The impurity introduction step, wherein the concentration of the n-type impurity contained in the specific region is lower than the first concentration, and the specific region is in contact with the n-type region.
A diffusion step in which the p-type impurities are selectively thermally diffused into the specific region without diffusing the n-type impurities in the n-type region.
With
In the diffusion step, a nitride semiconductor device is manufactured which does not diffuse the p-type impurities into the n-type region by stopping the diffusion of the p-type impurities at the interface between the n-type region and the specific region. Method.
前記ｐ型不純物はII族元素である、請求項１〜７の何れか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 The nitride semiconductor substrate is GaN and is
The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the p-type impurity is a group II element.
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