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公開番号2025102158
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023219433
出願日2023-12-26
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,国立研究開発法人物質・材料研究機構
代理人個人,個人
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250701BHJP()
要約【課題】実効的なアクセプタ濃度が高く、電気的特性に優れたP型領域を実現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、窒化物半導体と、窒化物半導体に設けられたP型領域と、を備える。P型領域の全体におけるアクセプタ元素の濃度は、5×10¹⁸cm^-3以上1×10²¹cm^-3以下である。P型領域は、アクセプタ元素の一部が偏析している偏析部と、アクセプタ元素が偏析していない母相と、を有する。偏析部におけるアクセプタ元素の濃度は、母相におけるアクセプタ元素の濃度の4.6倍以下である。
【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Ｐ型領域と、を備え、
前記Ｐ型領域の全体におけるアクセプタ元素の濃度は、５×１０
１８
ｃｍ
－３
以上１×１０
２１
ｃｍ
－３
以下であり、
前記Ｐ型領域は、
前記アクセプタ元素の一部が偏析している偏析部と、
前記アクセプタ元素が偏析していない母相と、を有し、
前記偏析部における前記アクセプタ元素の濃度は、前記母相における前記アクセプタ元素の濃度の４．６倍以下である、窒化物半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記偏析部における前記アクセプタ元素の濃度は、前記母相における前記アクセプタ元素の濃度の０．４倍以上である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記Ｐ型領域のシート抵抗と前記母相における前記アクセプタ元素の濃度との積は、１．６×１０
２４
Ω／（□・ｃｍ
３
）以下である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記Ｐ型領域のシート抵抗は、１．８×１０
５
Ω／□以下である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記母相における前記アクセプタ元素の濃度は、５×１０
１８
ｃｍ
－３
以上２×１０
２０
ｃｍ
－３
以下である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記Ｐ型領域と接する電極を備え、
前記Ｐ型領域と前記電極とのコンタクト抵抗は、０．２Ωｃｍ
２
以下である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記窒化物半導体に設けられ、前記Ｐ型領域よりも前記アクセプタ元素の濃度が低いＰ型ウェル領域を備える、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記窒化物半導体に設けられ、前記Ｐ型領域よりも前記アクセプタ元素の濃度が低いＰ型ウェル領域と、
前記Ｐ型ウェル領域の表面側に設けられたＮ型ソース領域と、
前記Ｐ型ウェル領域上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記Ｐ型領域と前記Ｎ型ソース領域とに接するソース電極と、
前記窒化物半導体において前記ソース電極が設けられる面の反対側に設けられたドレイン電極と、を備える請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記Ｐ型領域の厚さは、８０ｎｍ未満である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記窒化物半導体は、貫通転位密度の密度が１×１０
７
ｃｍ
－２
未満である低転位自立窒化ガリウム（ＧａＮ）基板を含む、請求項１又は２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 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
縦型のＭＯＳ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）。Ｍｇを高濃度にイオン注入して高温度で熱処理すると、Ｍｇが高密度に偏析したり、Ｍｇが深く拡散したりして、Ｍｇ濃度が低下する（例えば、非特許文献１、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
【非特許文献】
【０００４】
Ｋｕｍａｒｅｔ．ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１２６（２０１９）２３５７０４．
Ｈ．Ｓａｋｕｒａｉｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１１５，１４２１０４（２０１９）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化物半導体装置において、実効的なアクセプタ濃度が高く、電気的特性に優れたＰ型領域を実現することが望まれている。
【０００６】
本開示は、電気的特性に優れたＰ型領域を実現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】
【０００７】
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Ｐ型領域と、を備える。前記Ｐ型領域の全体におけるアクセプタ元素の濃度は、５×１０
１８
ｃｍ
－３
以上１×１０
２１
ｃｍ
－３
以下である。前記Ｐ型領域は、前記アクセプタ元素の一部が偏析している偏析部と、前記アクセプタ元素が偏析していない母相と、を有する。前記偏析部における前記アクセプタ元素の濃度は、前記母相における前記アクセプタ元素の濃度の４．６倍以下である。
【０００８】
本開示の一態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体の表面の側から前記窒化物半導体の予め設定された領域にアクセプタ元素をイオン注入する工程と、前記アクセプタ元素をイオン注入する工程の前又は後で、前記表面の側から前記予め設定された領域に窒素元素をイオン注入する工程と、前記アクセプタ元素及び前記窒素元素がイオン注入された前記窒化物半導体に熱処理を施して、前記窒化物半導体の前記予め設定された領域にＰ型領域を形成する工程と、を備える。前記Ｐ型領域は、前記アクセプタ元素の一部が偏析している偏析部と、前記アクセプタ元素が偏析していない母相とを有する。前記アクセプタ元素をイオン注入する工程では、前記予め設定された領域の全体における前記アクセプタ元素の濃度が５×１０
１８
ｃｍ
－３
以上１×１０
２１
ｃｍ
－３
以下となるように前記アクセプタ元素をイオン注入する。前記Ｐ型領域を形成する工程では、前記偏析部における前記アクセプタ元素の濃度が、前記母相における前記アクセプタ元素の濃度の４．６倍以下となるように、前記熱処理の条件を設定する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様によれば、実効的なアクセプタ濃度が高く、電気的特性に優れたＰ型領域を実現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】
【００１０】
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、本開示の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの繰り返しの単位構造を拡大して示す断面図である。
図４Ａは、本開示の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
図４Ｂは、本開示の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
図４Ｃは、本開示の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
図４Ｄは、本開示の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
図４Ｅは、本開示の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
図４Ｆは、本開示の実施形態１に係る縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
図５は、本開示の実施例に係るＴＬＭ法による導通特性評価で用いた評価デバイスの構成例を示す断面図である。
図６は、本開示の実験結果であり、ＴＬＭ法によるＰ型領域の導通特性評価の結果を示すグラフである。
図７は、本開示の実験結果であり、ＴＬＭ法によるＰ型領域の導通特性評価の結果を示すグラフである。
図８は、本開示の実験結果であり、ＴＬＭ法によるＰ型領域の導通特性評価の結果を示すグラフである。
図９は、本開示の実験結果であり、ＴＬＭ法によるＰ型領域の導通特性評価の結果を示すグラフである。
図１０は、本開示の実施例に係るＧａＮ基板のＰ型領域におけるＭｇ偏析の分析結果を例示する３ＤＡＰ図である。
図１１は、本開示の実施例に係るＰ型領域について、Ｍｇ偏析比率とシート抵抗との関係を示すグラフである。
図１２は、本開示の実施例に係るＰ型領域について、Ｍｇ偏析比率とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。
図１３は、本開示の実施例に係るＰ型領域について、Ｍｇ偏析比率と「シート抵抗×母相中Ｍｇ濃度」との関係を示すグラフである。
図１４は、本開示の実施例に係るＰ型領域について、Ｍｇ偏析比率と「１／（シート抵抗×母相中Ｍｇ濃度）」との関係を示すグラフである。
図１５は、本開示の実施形態２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３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４に係るＧａＮ半導体装置のエッジ終端領域の構成例を示す断面図である。
図１８は、本開示の実施形態４に係るＧａＮ半導体装置のエッジ終端領域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】
（【００１１】以降は省略されています）

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