(57)【要約】【課題】低いゲート閾値電圧変動と高い絶縁破壊耐量を両立させる技術を提供すること。【解決手段】半導体層は、第１導電型の第１半導体領域と、第１導電型の第２半導体領域と、第１半導体領域と第２半導体領域の間に設けられており、第１半導体領域と第２半導体領域を隔てており、チャネルが形成される第２導電型の第３半導体領域と、を有している。絶縁膜は、チャネルが形成される位置の第３半導体領域に接しているチャネル対向ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜とは異なる位置で半導体層に接する保護絶縁膜と、を有している。チャネル対向ゲート絶縁膜に含まれるカーボン濃度が、保護絶縁膜に含まれるカーボン濃度よりも低い。半導体装置がオフのときに、保護絶縁膜に加わる電界強度が、チャネル対向ゲート絶縁膜に加わる電界強度よりも高い。【選択図】図１
2020013861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層に接する絶縁膜と、を備えており、
前記半導体層は、
第１導電型の第１半導体領域と、
第１導電型の第２半導体領域と、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の間に設けられており、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域を隔てており、チャネルが形成される第２導電型の第３半導体領域と、を有しており、
前記絶縁膜は、
前記チャネルが形成される位置の前記第３半導体領域に接しているチャネル対向ゲート絶縁膜と、
前記チャネル対向ゲート絶縁膜とは異なる位置で前記半導体層に接する保護絶縁膜と、を有しており、
前記チャネル対向ゲート絶縁膜に含まれるカーボン濃度が、前記保護絶縁膜に含まれるカーボン濃度よりも低く、
前記半導体装置がオフのときに、前記保護絶縁膜に加わる電界強度が、前記チャネル対向ゲート絶縁膜に加わる電界強度よりも高い、半導体装置。
【請求項２】
前記第１半導体領域と前記第３半導体領域と前記第２半導体領域が前記半導体層の厚み方向に沿って並んでおり、
前記第２半導体領域と前記第３半導体領域を貫通して前記第１半導体領域に達するトレンチが形成されており、
前記トレンチの側面に接するように前記チャネル対向ゲート絶縁膜が設けられており、
前記トレンチの底面に接するように前記保護絶縁膜が設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体層の終端部に形成された溝によってベベル構造が構成されており、
前記溝の側面に前記第１半導体領域と前記第３半導体領域のｐｎ接合界面が露出しており、
前記保護絶縁膜は、前記溝の側面に露出する前記ｐｎ接合界面に接するように設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
フィールドプレートをさらに備えており、
前記半導体層の終端部に形成された溝によってベベル構造が構成されており、
前記フィールドプレートは、前記溝の側面に対向するように設けられており、
前記保護絶縁膜は、前記フィールドプレートの端部と前記溝の側面の間に設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁膜が、金属酸化物である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体層が、窒化物半導体層である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
第１酸化剤を用いて第１有機金属化合物を酸化して前記チャネル対向ゲート絶縁膜を成膜する第１成膜工程と、
第２酸化剤を用いて第２有機金属化合物を酸化して前記保護絶縁膜を成膜する第２成膜工程と、を備えており、
前記第１酸化剤の酸化力が、前記第２酸化剤の酸化力よりも強い、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、絶縁ゲートを有する半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、絶縁ゲートを備えていることが多い。このような絶縁ゲートは、各種の半導体装置に採用されており、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）及びＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワーデバイスに採用されている。特許文献１は、カーボン濃度が異なる絶縁膜を積層させてゲート絶縁膜を形成する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１８８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らの検討によると、チャネルに対向するゲート絶縁膜のカーボン濃度が高いと、ゲート電圧を印加したときにゲート絶縁膜内に捕獲される電荷濃度が高くなり、ゲート閾値電圧の変動が大きくなることが分かってきた。このため、ゲート閾値電圧の変動を抑えるためには、ゲート絶縁膜内のカーボン濃度を低く抑えることが肝要である。一方、カーボン濃度の大きい絶縁膜は、絶縁破壊電圧が高いことも分かってきた。このため、絶縁膜の絶縁破壊電圧を高くするためには、絶縁膜内のカーボン濃度を高くすることが肝要である。
【０００５】
特許文献１の技術では、カーボン濃度が高い絶縁膜上にカーボン濃度が低い絶縁膜を積層させてゲート絶縁膜を構成している。このようなゲート絶縁膜では、チャネルに接する絶縁膜のカーボン濃度が高いこととなり、ゲート閾値電圧の変動を抑えることが難しい。本願明細書は、低いゲート閾値電圧変動と高い絶縁破壊耐量を両立させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体層と、前記半導体層に接する絶縁膜と、を備えることができる。前記半導体層は、第１導電型の第１半導体領域と、第１導電型の第２半導体領域と、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の間に設けられており、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域を隔てており、チャネルが形成される第２導電型の第３半導体領域と、を有することができる。前記絶縁膜は、前記チャネルが形成される位置の前記第３半導体領域に接しているチャネル対向ゲート絶縁膜と、前記チャネル対向ゲート絶縁膜とは異なる位置で前記半導体層に接する保護絶縁膜と、を有することができる。前記チャネル対向ゲート絶縁膜に含まれるカーボン濃度が、前記保護絶縁膜に含まれるカーボン濃度よりも低い。前記半導体装置がオフのときに、前記保護絶縁膜に加わる電界強度が、前記チャネル対向ゲート絶縁膜に加わる電界強度よりも高い。前記半導体装置の種類は、特に限定されるものではないが、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxside Semiconductor Field Effect Transistor）及びＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が例示される。前記絶縁膜の材料は、特に限定されるものではないが、絶縁性の金属酸化物であってもよい。金属酸化物としては、例えば酸化アルミニウムが例示される。前記半導体層の材料は特に限定されるものではないが、例えば窒化物半導体層であってもよい。上記半導体装置では、チャネルに接する位置の絶縁膜にカーボン濃度が相対的に低いチャネル対向ゲート絶縁膜が配置されている。このため、上記半導体装置は、低いゲート閾値電圧の変動という特性を有することができる。さらに、上記半導体装置では、オフのときに高電界となる領域に対応した位置にカーボン濃度が相対的に高い保護絶縁膜が配置されている。このため、上記半導体装置は、高い絶縁破壊耐量を有することができる。このように、上記半導体装置は、低いゲート閾値電圧変動と高い絶縁破壊耐量を両立させることができる。
【０００７】
本明細書が開示する半導体装置の一実施形態では、前記第１半導体領域と前記第３半導体領域と前記第２半導体領域が前記半導体層の厚み方向に沿って並んでいてもよく、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域を貫通して前記第１半導体領域に達するトレンチが形成されていてもよく、前記トレンチの側面に接するように前記チャネル対向ゲート絶縁膜が設けられていてもよく、前記トレンチの底面に接するように前記保護絶縁膜が設けられていてもよい。
【０００８】
本明細書が開示する半導体装置の他の一実施形態では、前記半導体層の終端部に形成された溝によってベベル構造が構成されていてもよく、前記溝の側面に前記第１半導体領域と前記第３半導体領域のｐｎ接合界面が露出していてもよく、前記保護絶縁膜は、前記溝の側面に露出する前記ｐｎ接合界面に接するように設けられていてもよい。
【０００９】
本明細書が開示する半導体装置の他の一実施形態では、フィールドプレートをさらに備えていてもよい。この実施形態では、前記半導体層の終端部に形成された溝によってベベル構造が構成されていてもよく、前記フィールドプレートは、前記溝の側面に対向するように設けられていてもよく、前記保護絶縁膜は、前記フィールドプレートの端部と前記溝の側面の間に設けられていてもよい。
【００１０】
本願明細書は、上記実施形態の半導体装置を製造する方法を提供することができる。この製造方法は、第１酸化剤を用いて第１有機金属化合物を酸化して前記チャネル対向ゲート絶縁膜を成膜する第１成膜工程と、第２酸化剤を用いて第２有機金属化合物を酸化して前記保護絶縁膜を成膜する第２成膜工程と、を備えることができる。第１有機金属化合物と第２有機金属化合物は、同一種類の有機金属化合物であってもよく、異なる種類の有機金属化合物であってもよい。前記第１酸化剤の酸化力が、前記第２酸化剤の酸化力よりも強い。この製造方法によると、前記チャネル対向ゲート絶縁膜に含まれるカーボン濃度を相対的に低く調整し、前記保護絶縁膜に含まれるカーボン濃度を相対的に高く調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図２】絶縁膜内のカーボン濃度が高い場合と低い場合のそれぞれの電界とリーク電流の関係を示す。
【図３Ａ】図１の半導体装置のゲート絶縁膜を形成する一工程の要部断面図を模式的に示す。
【図３Ｂ】図１の半導体装置のゲート絶縁膜を形成する一工程の要部断面図を模式的に示す。
【図３Ｃ】図１の半導体装置のゲート絶縁膜を形成する一工程の要部断面図を模式的に示す。
【図３Ｄ】図１の半導体装置のゲート絶縁膜を形成する一工程の要部断面図を模式的に示す。
【図３Ｅ】図１の半導体装置のゲート絶縁膜を形成する一工程の要部断面図を模式的に示す。
【図４】第２実施形態の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図５】第２実施形態の変形例の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、縦型のＭＯＳＦＥＴと称される種類の半導体装置を例示し、本願明細書が開示する技術について説明する。しかしながら、本願明細書が開示する技術は、縦型のＭＯＳＦＥＴのみに有用なものではなく、絶縁ゲートを有する様々な種類の半導体装置に有用である。
【００１３】
（第１実施形態）図１に、第１実施形態の半導体装置１の要部断面図を模式的に示す。図１に示されるように、半導体装置１は、半導体基板１０、窒化物半導体層２０、半導体基板１０の裏面を被覆するドレイン電極３２、窒化物半導体層２０の表面の一部を被覆するソース電極３４及び窒化物半導体層２０の表層部に設けられているトレンチ型の絶縁ゲート４０を備えている。
【００１４】
半導体基板１０は、窒化物半導体層２０の下地基板であり、窒化物半導体層２０が結晶成長可能な組成の材料で構成されている。半導体基板１０は、例えばＧａＮ基板、シリコン基板、サファイア基板又は炭化珪素基板である。ドレイン電極３２は、半導体基板１０の裏面にオーミック接触している。
【００１５】
窒化物半導体層２０は、半導体基板１０の表面上に設けられている。窒化物半導体層２０は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）である。窒化物半導体層２０は、ｎ型のドリフト領域２２、ｐ型のボディ領域２４及びｎ+型のソース領域２６を有している。ドリフト領域２２とボディ領域２４とソース領域２６は、窒化物半導体層２０の厚み方向に沿ってこの順で並んでいる。必要に応じて、これら半導体領域の間に他の半導体領域が介在してもよい。
【００１６】
ドリフト領域２２は、半導体基板１０の表面上に設けられている。ドリフト領域２２は、エピタキシャル成長技術を利用して、半導体基板１０の表面から結晶成長して形成される。なお、ドリフト領域２２は、第１半導体領域の一例である。
【００１７】
ボディ領域２４は、ドリフト領域２２の表面上に設けられており、窒化物半導体層２０の表層部に配置されている。ボディ領域２４は、ドリフト領域２２とソース領域２６の間に設けられており、ドリフト領域２２とソース領域２６を隔てている。ボディ領域２４は、絶縁ゲート４０の側面に接している。ボディ領域２４は、エピタキシャル成長技術を利用して、ドリフト領域２２の表面から結晶成長して形成される。なお、ボディ領域２４は、第３半導体領域の一例である。
【００１８】
ソース領域２６は、ボディ領域２４の表面上に設けられており、窒化物半導体層２０の表層部に配置されており、窒化物半導体層２０の表面に露出している。ソース領域２６は、絶縁ゲート４０の側面に接している。ソース領域２６は、窒化物半導体層２０の表面を被膜するソース電極３４にオーミック接触している。ソース領域２６は、イオン注入技術を利用して、窒化物半導体層２０の表層部にシリコンを導入して形成される。なお、ソース領域２６は、第２半導体領域の一例である。
【００１９】
絶縁ゲート４０は、窒化物半導体層２０の表面から深部に向けて伸びており、ゲート絶縁膜４２及びゲート電極４４を有している。絶縁ゲート４０は、ソース領域２６及びボディ領域２４を貫通してドリフト領域２２の一部に侵入するトレンチＴＲ１内に設けられている。ゲート絶縁膜４２は、膜中のカーボン濃度が相対的に低い第１ゲート絶縁膜４２ａと膜中のカーボン濃度が相対的に高い第２ゲート絶縁膜４２ｂを有している。
【００２０】
第１ゲート絶縁膜４２ａは、トレンチＴＲ１の側面を被覆しており、特に、ドリフト領域２２とソース領域２６の間に位置するボディ領域２４に接触して配置されている。第１ゲート絶縁膜４２ａは、金属酸化物であり、例えば酸化アルミニウムである。第１ゲート絶縁膜４２ａのカーボン濃度は、第２ゲート絶縁膜４２ｂのカーボン濃度よりも低く、約１０17〜１０20ｃｍ-3である。第１ゲート絶縁膜４２ａの厚みは、約４０〜２００ｎｍである。このボディ領域２４と接触する部分の第１ゲート絶縁膜４２ａは、チャネル対向ゲート絶縁膜の一例である。
【００２１】
第２ゲート絶縁膜４２ｂは、トレンチＴＲ１の底面に接触して配置されている。第２ゲート絶縁膜４２ｂは、金属酸化物であり、例えば酸化アルミニウムである。第２ゲート絶縁膜４２ｂのカーボン濃度は、第１ゲート絶縁膜４２ａのカーボン濃度よりも高く、約１０20〜１０22ｃｍ-3である。第２ゲート絶縁膜４２ｂの厚みは、約４０〜５００ｎｍである。この例では、トレンチＴＲ１の底面において、第２ゲート絶縁膜４２ｂと第１ゲート絶縁膜４２ａが積層して設けられている。この例に代えて、第２ゲート絶縁膜４２ｂのみがトレンチＴＲ１の底面に設けられていてもよい。第２ゲート絶縁膜４２ｂは、保護絶縁膜の一例である。
【００２２】
ここで、図２に、窒化ガリウム（ＧａＮ）の窒化物半導体層の表面上に成膜した酸化アルミニウムの絶縁破壊電圧特性を示す。横軸が酸化アルミニウムに加えられた電界強度であり、縦軸が酸化アルミニウムを流れるリーク電流である。図２に示されるように、酸化アルミニウム中のカーボン濃度が高いと、高電界領域においてリーク電流が小さい。また、絶縁破壊するときの電界強度については、カーボン濃度が高い場合の方が、カーボン濃度が低い場合よりも向上している。このように、膜中のカーボン濃度が高い酸化アルミニウムは、高い絶縁破壊電圧特性を有することができる。この結果から、カーボン濃度が高い第２ゲート絶縁膜４２ｂは、カーボン濃度が低い第１ゲート絶縁膜４２ａよりも高い絶縁破壊電圧特性を有していることが理解できる。
【００２３】
図１に戻る。ゲート電極４４は、ゲート絶縁膜４２によってソース領域２６、ボディ領域２４及びドリフト領域２２から隔てられている。ゲート電極４４は、ドリフト領域２２とソース領域２６の間に位置するボディ領域２４の部分に対向しており、この対向部分に反転層のチャネルを形成するように構成されている。
【００２４】
次に、半導体装置１の動作を説明する。ドレイン電極３２に正電圧が印加され、ソース電極３４が接地され、絶縁ゲート４０のゲート電極４４が接地されていると、半導体装置１はオフである。このとき、半導体装置１では、絶縁ゲート４０の底面近傍に電界が集中し、この部分が高電界領域となる。半導体装置１では、この高電界領域に対応して第２ゲート絶縁膜４２ｂが選択的に設けられている。上記したように、第２ゲート絶縁膜４２ｂは、カーボン濃度が高く調整されており、高い絶縁破壊電圧特性を有している。これにより、半導体装置１は、高い絶縁破壊耐量を有することができ、高い信頼性を有することができる。
【００２５】
ドレイン電極３２に正電圧が印加され、ソース電極３４が接地され、絶縁ゲート４０のゲート電極４４にソース電極３４よりも正となる電圧が印加されていると、半導体装置１はオンである。このとき、半導体装置１では、ドリフト領域２２とソース領域２６の間に位置するボディ領域２４にチャネルが形成され、そのチャネルを介してソース領域２６からドリフト領域２２に向けて電子が流れる。これにより、ドレイン電極３２とソース電極３４の間が導通する。背景技術で説明したように、チャネルを流れる電子がゲート絶縁膜内に捕獲されると、ゲート閾値電圧の変動が大きくなる。このような現象は、チャネルに接する位置のゲート絶縁膜の炭素濃度が濃いときに顕著に現れる。半導体装置１では、ボディ領域２４に形成されるチャネルに接する位置に、カーボン濃度が低く調整された第１ゲート絶縁膜４２ａが選択的に設けられている。このため、半導体装置１は、ゲート閾値電圧の変動が小さいという特性を有しており、安定したオン動作を実行することができる。
【００２６】
上記したように、半導体装置１は、チャネルに接する位置にカーボン濃度が相対的に低い第１ゲート絶縁膜４２ａが設けられており、高電界領域に対応した位置にカーボン濃度の相対的に高い第２ゲート絶縁膜４２ｂが設けられている。これにより、半導体装置１は、低いゲート閾値電圧変動と高い絶縁破壊耐量を両立させることができる。さらに、半導体装置１では、トレンチＴＲ１の底面において、第２ゲート絶縁膜４２ｂと第１ゲート絶縁膜４２ａが積層して設けられており、トレンチＴＲ１の底面の絶縁膜の厚みが厚い。これにより、トレンチＴＲ１の底面近傍の電界が良好に緩和されることから、この点においても、半導体装置１は、高い絶縁破壊耐量を有することができる。
【００２７】
次に、図３Ａ〜図３Ｅを参照し、半導体装置１の絶縁ゲート４０の製造方法について説明する。なお、半導体装置１の製造方法において、絶縁ゲート４０の製造工程以外の工程については、従来公知の工程を採用することができる。このため、以下では、半導体装置１の絶縁ゲート４０の製造方法についてのみを説明し、その他の工程についての説明は省略する。
【００２８】
まず、図３Ａに示されるように、ドリフト領域２２とボディ領域２４とソース領域２６が積層した窒化物半導体層２０を準備する。なお、この例では、ソース領域２６が既に形成されているが、必要に応じて、後の工程で形成してもよい。
【００２９】
次に、図３Ｂに示されるように、ドライエッチング技術を利用して、窒化物半導体層２０の表面からソース領域２６及びボディ領域２４を貫通してドリフト領域２２の一部に侵入する深さを有するトレンチＴＲ１を形成する。
【００３０】
次に、図３Ｃに示されるように、化学気相蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）技術を利用して、トレンチＴＲ１の内壁及び窒化物半導体層２０の表面を被覆するように、第２ゲート絶縁膜４２ｂを成膜する。この成膜工程では、酸素ガス又はオゾンを酸化剤として用いて原料である有機金属化合物を酸化して第２ゲート絶縁膜４２ｂが成膜される。具体的には、有機金属化合物にトリメチルアルミニウムが用いられる。このため、第２ゲート絶縁膜４２ｂの膜中には、有機金属化合物由来の不純物としてカーボンが残存する。また、第２ゲート絶縁膜４２ｂの厚みは、成膜速度の異方性により、底面で厚く、側面で薄くなる。
【００３１】
次に、図３Ｄに示されるように、ウェットエッチング技術を利用して、トレンチＴＲ１の側面及び窒化物半導体層２０の表面を被覆する第２ゲート絶縁膜４２ｂを選択的に除去する。これにより、トレンチＴＲ１の底面に第２ゲート絶縁膜４２ｂを選択的に残存させることができる。
【００３２】
次に、図３Ｅに示されるように、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）技術を利用して、第２ゲート絶縁膜４２ｂの表面、トレンチＴＲ１の側面及び窒化物半導体層２０の表面を被覆するように、第１ゲート絶縁膜４２ａを成膜する。この成膜工程では、酸素プラズマ又は水プラズマを酸化剤として用いて原料である有機金属化合物を酸化して第１ゲート絶縁膜４２ａが成膜される。具体的には、有機金属化合物にトリメチルアルミニウムが用いられる。第１ゲート絶縁膜４２ａの成膜に用いられる酸化剤の酸素プラズマ又は水プラズマの酸化力は、第２ゲート絶縁膜４２ｂの成膜に用いられる酸化剤の酸素ガス又はオゾンの酸化力よりも強い。このため、第１ゲート絶縁膜４２ａの膜中には、有機金属化合物由来の不純物としてカーボンが残存するものの、その濃度は第２ゲート絶縁膜４２ｂに残存するカーボンの濃度よりも低い。最後に、トレンチＴＲ１内にゲート電極４４を充填して絶縁ゲート４０が形成される。
【００３３】
上記したように、この製造方法によると、第１ゲート絶縁膜４２ａと第２ゲート絶縁膜４２ｂを成膜するときに用いる酸化剤の種類を変更することで、第１ゲート絶縁膜４２ａに含まれるカーボン濃度と第２ゲート絶縁膜４２ｂに含まれるカーボン濃度を調整することができる。これにより、トレンチＴＲ１の側面（即ち、チャネルに接する位置）にカーボン濃度が相対的に低い第１ゲート絶縁膜４２ａを選択的に形成し、トレンチＴＲ１の底面（即ち、高電界領域に対応する位置）にカーボン濃度の相対的に高い第２ゲート絶縁膜４２ｂを形成することができる。なお、酸化剤の種類を同一とし、例えば成膜温度を変更することでカーボン濃度を変えてもよく、意図的にカーボンを含む原料を用いることでカーボン濃度を変えてもよい。また、必要に応じて、酸化剤の種類、成膜温度及び意図的なカーボンの導入を組み合わせて、カーボン濃度を変えてもよい。
【００３４】
（第２実施形態）図４に、第２実施形態の半導体装置２の要部断面図を模式的に示す。なお、図１に示す第１実施形態の半導体装置１と実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示されるように、半導体装置２は、プレーナ型の絶縁ゲート１４０を備えていること、窒化物半導体層２０の終端部にベベル構造が形成されていること、を特徴としている。
【００３５】
絶縁ゲート１４０は、窒化物半導体層２０の表面上に設けられており、ゲート絶縁膜１４２及びゲート電極１４４を有している。ゲート絶縁膜１４２は、窒化物半導体層２０の表面を被覆しており、特に、ドリフト領域２２とソース領域２６を隔てる位置のボディ領域２４に接触して配置されている。ゲート絶縁膜１４２は、金属酸化物であり、例えば酸化アルミニウムである。ゲート絶縁膜１４２のカーボン濃度は、後述する側面保護絶縁膜５０のカーボン濃度よりも低く、約１０17〜１０20ｃｍ-3である。ゲート絶縁膜１４２の厚みは、約４０〜２００ｎｍである。このボディ領域２４と接触する部分のゲート絶縁膜１４２は、チャネル対向ゲート絶縁膜の一例である。
【００３６】
ゲート絶縁膜１４２は、ＡＬＤ技術を利用して成膜される。この成膜工程では、酸素プラズマ又は水プラズマを酸化剤として用いて原料である有機金属化合物を酸化してゲート絶縁膜１４２が成膜される。具体的には、有機金属化合物にトリメチルアルミニウムが用いられる。
【００３７】
ベベル構造は、窒化物半導体層２０の終端部に形成されている溝６０によって構成されている。溝６０の側面６０ｓが窒化物半導体層２０の表面から外周側に向けて傾斜しており、ドリフト領域２２とボディ領域２４のｐｎ接合界面がその側面６０ｓに露出している。このｐｎ接合界面が露出する部分は、電界が集中する高電界領域である。ベベル構造では、溝６０の側面６０ｓがｐｎ接合界面に対して傾斜しており、電界集中が緩和されている。
【００３８】
溝６０の側面６０ｓを被覆するように、側面保護絶縁膜５０が設けられている。側面保護絶縁膜５０は、金属酸化物であり、例えば酸化アルミニウムである。側面保護絶縁膜５０のカーボン濃度は、ゲート絶縁膜１４２のカーボン濃度よりも高く、約１０20〜１０22ｃｍ-3である。側面保護絶縁膜５０の厚みは、約１００〜２０００ｎｍである。側面保護絶縁膜５０は、保護絶縁膜の一例である。
【００３９】
側面保護絶縁膜５０は、ＣＶＤ技術を利用して成膜される。この成膜工程では、酸素ガス又はオゾンを酸化剤として用いて原料である有機金属化合物を酸化して側面保護絶縁膜５０が成膜される。具体的には、有機金属化合物にトリメチルアルミニウムが用いられる。
【００４０】
上記したように、半導体装置２では、チャネルに接する位置にカーボン濃度が相対的に低いゲート絶縁膜１４２が選択的に設けられている。このため、半導体装置２は、ゲート閾値電圧の変動が小さいという特性を有しており、安定したオン動作を実行することができる。さらに、半導体装置２では、溝６０の側面６０ｓに露出するｐｎ接合界面（即ち、高電界領域に対応する位置）に接してカーボン濃度が相対的に高い側面保護絶縁膜５０が選択的に設けられている。このため、半導体装置２は、ベベル構造による電界緩和に加えて、高い絶縁破壊電圧特性を有する側面保護絶縁膜５０の存在により、高い絶縁破壊耐量を有することができ、高い信頼性を有することができる。このように、半導体装置２は、低いゲート閾値電圧変動と高い絶縁破壊耐量を両立させることができる。
【００４１】
図５に、変形例の半導体装置３の要部断面図を模式的に示す。半導体装置３は、フィールドプレート３６を有することを特徴としている。フィールドプレート３６は、溝６０の側面６０ｓを被覆する側面保護絶縁膜５０の表面上に沿って延びており、一端がソース電極３４に接触しており、他端３６ａがドリフト領域２２とボディ領域２４のｐｎ接合界面を超えて延びている。換言すると、フィールドプレート３６の端部３６ａは、窒化物半導体層２０の深さ方向において、ドリフト領域２２とボディ領域２４のｐｎ接合界面よりも深い位置に存在している。
【００４２】
このようなフィールドプレート３６が設けられていると、ドリフト領域２２とボディ領域２４のｐｎ接合界面よりもフィールドプレート３６の端部３６ａの近傍が高電界領域となる。半導体装置３では、このようなフィールドプレート３６の端部３６ａと窒化物半導体層２０の間にも側面保護絶縁膜５０が設けられている。このため、半導体装置３は、高い絶縁破壊耐量を有することができる。
【００４３】
以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、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。
【符号の説明】
【００４４】
１：半導体装置
１０：半導体基板
２０：窒化物半導体層
２２：ドリフト領域
２４：ボディ領域
２６：ソース領域
３２：ドレイン電極
３４：ソース電極
４０：絶縁ゲート
４２：ゲート絶縁膜
４２ａ：第１ゲート絶縁膜
４２ｂ：第２ゲート絶縁膜
４４：ゲート電極
ＴＲ１：トレンチ
【図１】
2020013861.tif 000003
【図２】
2020013861.tif 000004
【図３Ａ】
2020013861.tif 000005
【図３Ｂ】
2020013861.tif 000006
【図３Ｃ】
2020013861.tif 000007
【図３Ｄ】
2020013861.tif 000008
【図３Ｅ】
2020013861.tif 000009
【図４】
2020013861.tif 000010
【図５】
2020013861.tif 000011