(57)【要約】【課題】複数の種類のドーパントのイオン注入で形成されたＮ型領域を有する窒化物半導体装置を提供する。【解決手段】窒化物半導体層と、エピタキシャル層と、イオン注入領域と、絶縁層と、電極とを備えた窒化物半導体装置において、第１のＮ型領域と、第１のＮ型領域よりも浅く設けられた第２のＮ型領域とを備え、第２のＮ型領域のドーパントは、第１のＮ型領域のドーパントよりも原子量の大きい元素である窒化物半導体装置を提供する。Ｎ型ドーパントのイオン注入により第１のＮ型領域を設ける段階と、第１のＮ型領域のドーパントよりも原子量の大きい元素をイオン注入することにより、第１のＮ型領域よりも浅く第２のＮ型領域を設ける段階とを備える窒化物半導体装置の製造方法を提供する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層と、エピタキシャル層と、イオン注入領域と、絶縁層と、電極とを備えた窒化物半導体装置において、
第１のＮ型領域と、
前記第１のＮ型領域よりも浅く設けられた第２のＮ型領域と
を備え、
前記第２のＮ型領域のドーパントは、前記第１のＮ型領域のドーパントよりも原子量の大きい元素である
窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記第１のＮ型領域のドーパントが酸素（Ｏ）であり、
前記第２のＮ型領域のドーパントがケイ素（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれか１つを含む
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第１のＮ型領域のドーパントがケイ素（Ｓｉ）であり、
前記第２のＮ型領域のドーパントがゲルマニウム（Ｇｅ）である
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１のＮ型領域のドーパント濃度のピークから、前記第１のＮ型領域の下端までのテール長さは、前記第２のＮ型領域のドーパント濃度のピークから、前記第２のＮ型領域の下端までのテール長さよりも短い
請求項１から３のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第１のＮ型領域のドーパント濃度のピークから、前記第１のＮ型領域の下端までのテール長さは、前記第２のＮ型領域のドーパント濃度のピークから、前記第２のＮ型領域の下端までのテール長さの±１０％の範囲内である
請求項１から３のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第１のＮ型領域は、異なる深さにイオン注入された複数のドーパントを含む
請求項１から５のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記第１のＮ型領域は、ケイ素（Ｓｉ）がドーピングされた領域と、酸素（Ｏ）が前記Ｓｉよりも深くドーピングされた領域を有する
請求項６に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
Ｎ型ドーパントのイオン注入により第１のＮ型領域を設ける段階と、
前記第１のＮ型領域のドーパントよりも原子量の大きい元素をイオン注入することにより、前記第１のＮ型領域よりも浅く第２のＮ型領域を設ける段階と
を備える窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１のＮ型領域にイオン注入する段階の後に第１の温度でアニールする段階と、
前記第２のＮ型領域にイオン注入する段階の後に、前記第１の温度と異なる第２の温度でアニールする段階と
を備える請求項８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】
従来、Ｎ型のドーパントをイオン注入することにより形成されたＮ型領域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）。
特許文献１  特許６１８３３１０号明細書
特許文献２  特許６０３２３３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＧａＮ材料において、カウンタードープのように、Ｓｉを深くドーピングしてＮ型領域を形成しようとすると、超高エネルギーが必要となりそれを製造するための設備費用が大きくなる。一方、ソースコンタクト領域のように、浅く高ドーパント濃度で形成しようとすると、原子量の小さい元素では深くテールが引いてしまう問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、窒化物半導体層と、エピタキシャル層と、イオン注入領域と、絶縁層と、電極とを備えた窒化物半導体装置において、第１のＮ型領域と、第１のＮ型領域よりも浅く設けられた第２のＮ型領域とを備え、第２のＮ型領域のドーパントは、第１のＮ型領域のドーパントよりも原子量の大きい元素である窒化物半導体装置を提供する。
【０００５】
第１のＮ型領域のドーパントが酸素（Ｏ）であってよい。第２のＮ型領域のドーパントがケイ素（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれか１つを含んでよい。
【０００６】
第１のＮ型領域のドーパントがケイ素（Ｓｉ）であってよい。第２のＮ型領域のドーパントがゲルマニウム（Ｇｅ）であってよい。
【０００７】
第１のＮ型領域のドーパント濃度のピークから、第１のＮ型領域の下端までのテール長さは、第２のＮ型領域のドーパント濃度のピークから、第２のＮ型領域の下端までのテール長さよりも短くてよい。
【０００８】
第１のＮ型領域のドーパント濃度のピークから、第１のＮ型領域の下端までのテール長さは、第２のＮ型領域のドーパント濃度のピークから、第２のＮ型領域の下端までのテール長さの±１０％の範囲内であってよい。
【０００９】
第１のＮ型領域は、異なる深さにイオン注入された複数のドーパントを含んでよい。
【００１０】
第１のＮ型領域は、ケイ素（Ｓｉ）がドーピングされた領域と、酸素（Ｏ）がＳｉよりも深くドーピングされた領域を有してよい。
【００１１】
本発明の第２の態様においては、Ｎ型ドーパントのイオン注入により第１のＮ型領域を設ける段階と、第１のＮ型領域のドーパントよりも原子量の大きい元素をイオン注入することにより、第１のＮ型領域よりも浅く第２のＮ型領域を設ける段階とを備える窒化物半導体装置の製造方法を提供する。
【００１２】
窒化物半導体装置の製造方法は、第１のＮ型領域にイオン注入する段階の後に第１の温度でアニールする段階と、第２のＮ型領域にイオン注入する段階の後に、第１の温度と異なる第２の温度でアニールする段階とを備えてよい。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１Ａ】実施例１に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図１Ｂ】実施例１に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。
【図２Ａ】実施例２に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図２Ｂ】実施例２に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。
【図３Ａ】実施例３に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図３Ｂ】実施例３に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。
【図４】窒化物半導体装置１００が有するＮ型のイオン注入領域のドーパント濃度の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
本明細書では、ＮまたはＰを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数ドーパントであることを意味する。また、ＮやＰに付す＋および−は、それぞれ、それが付されていない層や領域よりも高ドーパント濃度および低ドーパント濃度であることを意味する。
【００１８】
図１Ａは、実施例１に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。窒化物半導体装置１００は、ＭＯＳＦＥＴ構造の一例であり、本実施例に限定されない。
【００１９】
本例の窒化物半導体装置１００は、窒化物半導体層１０と、エピタキシャル層２０と、イオン注入領域３０と、第１のＮ型領域４０と、第２のＮ型領域５０と、絶縁層６０と、電極７０と、電極７２とを備える。上面１０１は、窒化物半導体装置１００が有する窒化物半導体層の上面を示す。下面１０２は、窒化物半導体装置１００が有する窒化物半導体層の下面を示す。本例では、上面１０１がイオン注入領域３０の上面に対応し、下面１０２が窒化物半導体層１０の下面に対応する。
【００２０】
窒化物半導体層１０は、一例において、Ｎ型の自立型のＧａＮ基板である。窒化物半導体層１０は、ＨＶＰＥ等の気相成長法や、液相成長法等の任意の方法を用いて設けられてよい。窒化物半導体層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。
【００２１】
エピタキシャル層２０は、窒化物半導体層１０上にエピタキシャル成長された層である。一例において、エピタキシャル層２０は、Ｎ型のＧａＮ層である。エピタキシャル層２０の厚さは、特に限定されない。
【００２２】
イオン注入領域３０は、エピタキシャル層２０上に設けられる。イオン注入領域３０は、Ｎ型であるエピタキシャル層２０と同一材料の層に、Ｐ型のドーパントをイオン注入することにより設けられてよい。例えば、イオン注入領域３０のＰ型のドーパントは、マグネシウム（Ｍｇ）である。一例において、イオン注入領域３０の膜厚は、３００ｎｍ以上である。
【００２３】
第１のＮ型領域４０は、エピタキシャル層２０の上方に設けられる。本例の第１のＮ型領域４０は、イオン注入領域３０を貫通して、エピタキシャル層２０の内部にまで延伸して設けられる。第１のＮ型領域４０は、イオン注入領域３０の上面１０１側からＮ型のドーパントをイオン注入することにより形成される。一例において、第１のＮ型領域４０のドーパントは、酸素（Ｏ）およびケイ素（Ｓｉ）の少なくとも１つを含む。例えば、第１のＮ型領域４０の深さは、２００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である。
【００２４】
第２のＮ型領域５０は、イオン注入領域３０の上面１０１側に設けられる。第２のＮ型領域５０は、第１のＮ型領域４０よりも浅く設けられる。一例において、第２のＮ型領域５０の深さは、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である。
【００２５】
本例の第２のＮ型領域５０は、イオン注入領域３０にＮ型のドーパントをイオン注入することにより設けられる。第２のＮ型領域５０のドーパント濃度は、第１のＮ型領域４０よりも高ドーパント濃度であってよい。例えば、第２のＮ型領域５０のドーパントは、ケイ素（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）の少なくとも１つを含む。
【００２６】
第２のＮ型領域５０のドーパントは、第１のＮ型領域４０のドーパントよりも原子量の大きい元素である。例えば、第１のＮ型領域４０のドーパントが酸素（Ｏ）であり、第２のＮ型領域５０のドーパントがケイ素（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれか１つを含む。また、例えば、第１のＮ型領域４０のドーパントがケイ素（Ｓｉ）であり、第２のＮ型領域５０のドーパントがゲルマニウム（Ｇｅ）である。
【００２７】
絶縁層６０は、イオン注入領域３０の上面１０１に設けられる。また、絶縁層６０は、第１のＮ型領域４０および第２のＮ型領域５０の上方にも設けられる。絶縁層６０には、電極７２と第１のＮ型領域４０とを電気的に接続するための開口が設けられてよい。絶縁層６０は、イオン注入領域３０の上方に設けられた電極７２と、イオン注入領域３０および第１のＮ型領域４０との電気的な短絡を防止する。例えば、絶縁層６０は、ＳｉＯ２等の酸化膜である。絶縁層６０は、ＳｉＮ等の窒化膜であってもよい。
【００２８】
電極７０は、窒化物半導体層１０の下面１０２に設けられる。本例の電極７０は、ドレイン電極（Ｄ）として機能する。
【００２９】
電極７２は、上面１０１の上方に設けられる。本例の電極７２は、第１のＮ型領域４０および絶縁層６０の上方に設けられたゲート電極（Ｇ）を有する。電極７２は、第２のＮ型領域５０上に設けられたソース電極（Ｓ）を有してよい。例えば、電極７２は、Ｎｉ／Ａｕ電極である。
【００３０】
本例の窒化物半導体装置１００は、浅い第１のＮ型領域４０を第２のＮ型領域５０のドーパントよりも原子量の小さなドーパントでイオン注入し、深い第２のＮ型領域５０を第１のＮ型領域４０のドーパントよりも原子量の大きなドーパントでイオン注入する。Ｎ型領域の深さに応じて適切な原子量のドーパントを選択することにより、イオン注入によるダメージの少ない窒化物半導体装置１００を提供することができる。また、窒化物半導体装置１００を製造するために、超高エネルギーのイオン注入装置を不要とすることができる。
【００３１】
なお、第１のＮ型領域４０は、異なる深さにイオン注入された複数のドーパントを含んでよい。また、第１のＮ型領域４０では、浅い領域に原子量の大きい元素をイオン注入し、深い領域に原子量の小さい元素をイオン注入してよい。例えば、第１のＮ型領域４０は、酸素（Ｏ）およびケイ素（Ｓｉ）をドーパントとしてイオン注入する。そして、第１のＮ型領域４０は、ケイ素（Ｓｉ）がドーピングされた領域と、酸素（Ｏ）がケイ素（Ｓｉ）よりも深くドーピングされた領域を有してよい。これにより、窒化物半導体装置１００のヒステリシスが改善する。
【００３２】
また、第１のＮ型領域４０では、浅い領域にＧａ元素に近い原子量のドーパントがイオン注入され、深い領域にＧａ元素と離れた原子量のドーパントがイオン注入されてよい。即ち、ゲート酸化膜として機能する絶縁層６０に近い領域にＧａ元素と原子量の近いドーパントをイオン注入することにより、ゲート構造の周辺で歪みが生じにくくなり、窒化物半導体装置１００の特性が向上する。
【００３３】
窒化物半導体装置１００では、Ｎ型領域の深さや用途に応じて、Ｎ型のドーパントの種類が選択されてよい。例えば、ＪＦＥＴへのカウンタードープ等の深い第１のＮ型領域４０には酸素（Ｏ）やケイ素（Ｓｉ）等の原子量の小さい元素が選択される。ソースコンタクト部等の浅い第２のＮ型領域５０にはケイ素（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の原子量の大きい元素が選択される。これにより、第１のＮ型領域４０のダメージを低減し、低いドーパント濃度でも制御しやすくなる。原子量の大きさを適切に選択することにより、第２のＮ型領域５０の歪みを低減することができる。なお、実施例１では、Ｎ型のドーパントを２種類用いる場合について説明したが、Ｎ型のドーパントを３種類以上用いてもよい。他の実施例についても、同様にＮ型のドーパントを３種類以上用いてもよい。
【００３４】
図１Ｂは、実施例１に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。本例では、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。
【００３５】
窒化物半導体層１０上にエピタキシャル層２０を形成する（Ｓ１００）。本例のエピタキシャル層２０は、ＭＯＣＶＤ法等の任意の方法を用いて窒化物半導体層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、エピタキシャル層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。但し、エピタキシャル層２０のドーパント濃度は本例に限られない。
【００３６】
エピタキシャル層２０上には、マスク１１０ａが形成される（Ｓ１０２）。マスク１１０ａは、エピタキシャル層２０へのイオン注入を制限する。マスク１１０ａは、イオン注入領域３０を形成する領域に対応したパターンを有する。マスク１１０ａを用いて、イオン注入領域３０を設ける領域にＰ型のドーパントを選択的にイオン注入する（Ｓ１０４）。一例において、イオン注入領域３０を設ける段階は、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）およびベリリウム（Ｂｅ）等のうち、いずれか１つをイオン注入する段階を含む。本例のイオン注入領域３０は、マグネシウム（Ｍｇ）のイオン注入により形成される。
【００３７】
ドーパントをイオン注入する段階は、多段でイオン注入する段階を含んでよい。多段でイオン注入することにより、深さごとにイオン注入領域３０のドーパント濃度を調整しやすくなる。本明細書において、多段とは、加速電圧等の注入条件を変えてドーパントをイオン注入することを指す。
【００３８】
次に、マスク１１０ａを除去し、第１のＮ型領域４０を形成するためのマスク１１０ｂをエピタキシャル層２０上に形成する（Ｓ１０６）。そして、マスク１１０ｂを用いて、第１のＮ型領域４０を設ける領域にＮ型のドーパントを選択的にイオン注入する。イオン注入領域３０および第１のＮ型領域４０を選択的にイオン注入することにより、第１のＮ型領域４０には、イオン注入領域３０を形成するためのＰ型のドーパントがイオン注入されていない。
【００３９】
第１のＮ型領域４０のイオン注入の後、窒化物半導体装置１００が予め定められた第１の温度でアニールされてよい。これにより、第１のＮ型領域４０にイオン注入されたドーパントが活性化される。第１の温度は、１２００℃以上であってよく、１３００℃以上であってよく、１４００℃以上であってよく、１５００℃以上であってもよい。
【００４０】
次に、マスク１１０ｂを除去し、第２のＮ型領域５０を形成するためのマスク１１０ｃをエピタキシャル層２０上に形成する（Ｓ１０８）。そして、マスク１１０ｃを用いて、第２のＮ型領域５０を設ける領域にＮ型のドーパントを選択的にイオン注入する。本例の第２のＮ型領域５０は、ケイ素（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれか１つのイオン注入により形成される。第２のＮ型領域５０のイオン注入の後、窒化物半導体装置１００が予め定められた第２の温度でアニールされてよい。これにより、第２のＮ型領域５０にイオン注入されたドーパントが活性化される。第２の温度は、１２００℃以上であってよく、１３００℃以上であってよく、１４００℃以上であってよく、１５００℃以上であってもよい。第２の温度は、第１の温度と異なっていてよい。
【００４１】
上面１０１の上方に絶縁層６０および電極７２を形成する（Ｓ１１０）。例えば、絶縁層６０は、膜厚４００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。電極７２がＮｉとＡｕの積層膜であってよく、それぞれの膜厚は、５０ｎｍと１５０ｎｍであってよい。絶縁層６０および電極７２は、窒化物半導体装置１００の構造に応じたパターンでパターニングされている。そして、窒化物半導体層１０の下面１０２に電極７０を形成する。
【００４２】
本例の窒化物半導体装置１００は、イオン注入領域３０、第１のＮ型領域４０および第２のＮ型領域５０の３つの領域をイオン注入する段階を有する。当該３つの領域をイオン注入する段階の後に、それぞれイオン注入する段階に対応したアニールする段階を含んでよい。また、アニールする段階は、複数のイオン注入する段階の後に、まとめて実行されてよい。
【００４３】
一例において、第１のＮ型領域４０にイオン注入する段階の後に第１の温度でアニールする段階を含む。第２のＮ型領域５０にイオン注入する段階の後に、第１のＮ型領域４０の第１の温度と異なる第２の温度でアニールする段階を含んでよい。例えば、第１の温度は、第２の温度よりも高い。なお、第２の温度を第１の温度よりも高くする場合、第１のＮ型領域４０を形成する前に、第２のＮ型領域５０を形成してよい。高いアニール温度を低いアニール温度の前に用いることにより、第１のＮ型領域４０に、第１の温度よりも高温である第２の温度が熱履歴として残らなくなる。
【００４４】
図２Ａは、実施例２に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の窒化物半導体装置１００は、実施例１に係る窒化物半導体装置１００と基本的な構造は同じである。但し、本例の窒化物半導体装置１００は、実施例１のイオン注入領域３０がエピタキシャル層３５となっている点で、実施例１に係る窒化物半導体装置１００と相違する。本例では、実施例１と相違する点について特に説明する。
【００４５】
エピタキシャル層３５は、エピタキシャル層２０上に設けられる。エピタキシャル層３５は、エピタキシャル層２０と同様にＭＯＣＶＤ法を用いて形成されてよい。エピタキシャル層３５は、エピタキシャル層２０のエピタキシャル成長と連続して設けられてよい。この場合、エピタキシャル層２０の成長時と異なるドーパントガスを流入することにより、エピタキシャル層３５を連続して成長させる。実施例２の窒化物半導体装置１００は、Ｐ型のイオン注入する工程を含まないので、ＧａＮ層の結晶欠陥を低減しやすくなる。
【００４６】
図２Ｂは、実施例２に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。本例では、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。
【００４７】
窒化物半導体層１０上にエピタキシャル層２０を形成する（Ｓ２００）。本例のエピタキシャル層２０は、ＭＯＣＶＤ法等の任意の方法を用いて窒化物半導体層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、エピタキシャル層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。但し、エピタキシャル層２０のドーパント濃度は本例に限られない。
【００４８】
エピタキシャル層２０上には、エピタキシャル層３５がエピタキシャル成長される（Ｓ２０２）。そして、エピタキシャル層３５上には、マスク１１０ｂが形成される（Ｓ２０４）。マスク１１０ｂは、エピタキシャル層３５のイオン注入を制限する。マスク１１０ｂは、第１のＮ型領域４０を形成する領域に対応したパターンを有する。
【００４９】
マスク１１０ｂを用いて、第１のＮ型領域４０を設ける領域にＮ型のドーパントを選択的にイオン注入する（Ｓ２０６）。エピタキシャル層３５がエピタキシャル成長されているので、第１のＮ型領域４０にはＰ型化するためのマグネシウム（Ｍｇ）が含まれている。一例において、第１のＮ型領域４０を設ける段階は、酸素（Ｏ）およびケイ素（Ｓｉ）の少なくとも１つをイオン注入する段階を含む。本例の第１のＮ型領域４０は、酸素（Ｏ）のイオン注入により形成される。ドーパントをイオン注入する段階は、多段でイオン注入する段階を含んでよい。多段でイオン注入することにより、深さごとにイオン注入領域３０のドーパント濃度を調整しやすくなる。
【００５０】
次に、マスク１１０ｂを除去し、第２のＮ型領域５０を形成するためのマスク１１０ｃをエピタキシャル層３５上に形成する（Ｓ２０８）。そして、マスク１１０ｃを用いて、第２のＮ型領域５０を設ける領域にＮ型のドーパントを選択的にイオン注入する。本例の第２のＮ型領域５０は、ケイ素（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれか１つイオン注入により形成される。
【００５１】
次に、マスク１１０ｃを除去し、エピタキシャル層３５の上方に絶縁層６０および電極７２を形成する（Ｓ２１０）。例えば、絶縁層６０は、膜厚４００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。電極７２がＮｉとＡｕの積層膜であってよく、それぞれの膜厚は、５０ｎｍと１５０ｎｍであってよい。絶縁層６０および電極７２は、窒化物半導体装置１００の構造に応じたパターンでパターニングされている。そして、窒化物半導体層１０の下面１０２に電極７０を形成する。
【００５２】
図３Ａは、実施例３に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の窒化物半導体装置１００は、トレンチＭＯＳＦＥＴの場合の一例である。本例の窒化物半導体装置１００は、トレンチ部８０を有する点で実施例２に係る窒化物半導体装置１００と相違する。本例では、実施例２と相違する点について特に説明する。
【００５３】
トレンチ部８０は、エピタキシャル層２０の上面に設けられる。トレンチ部８０は、エピタキシャル層３５の上面から内部に延伸して設けられる。トレンチ部８０の深さや幅は特に限定されない。なお、本例の窒化物半導体装置１００は、エピタキシャル層２０上にエピタキシャル層３５を有する。但し、実施例２と同様にエピタキシャル層３５の代わりにイオン注入領域３０を設けてもよい。
【００５４】
第１のＮ型領域４５は、トレンチ部８０の下面に設けられる。第１のＮ型領域４５は、Ｎ型のドーパントのイオン注入により形成される。第１のＮ型領域４５は、トレンチ部８０の底面にＮ型のドーパントをイオン注入することにより形成される。一例において、第１のＮ型領域４５のドーパントは、酸素（Ｏ）およびケイ素（Ｓｉ）の少なくとも１つを含む。例えば、第１のＮ型領域４５の深さは、上面１０１から２００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である。
【００５５】
第２のＮ型領域５５は、エピタキシャル層３５の上面１０１側に設けられる。第２のＮ型領域５５は、第１のＮ型領域４５よりも浅く設けられる。一例において、第２のＮ型領域５５の深さは、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である。
【００５６】
図３Ｂは、実施例３に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。本例では、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。
【００５７】
窒化物半導体層１０上にエピタキシャル層２０を形成する（Ｓ３００）。本例のエピタキシャル層２０は、ＭＯＣＶＤ法等の任意の方法を用いて窒化物半導体層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、エピタキシャル層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。但し、エピタキシャル層２０のドーパント濃度は本例に限られない。
【００５８】
エピタキシャル層２０上には、エピタキシャル層３５がエピタキシャル成長される（Ｓ３０２）。そして、エピタキシャル層３５上には、マスク１１０ｂが形成される（Ｓ３０４）。マスク１１０ｂは、エピタキシャル層３５の一部のエッチングを制限する。また、本例のマスク１１０ｂは、第１のＮ型領域４５を設けるためのイオン注入を制限するためにも用いられる。本例のマスク１１０ｂは、トレンチ部８０を形成する領域に対応したパターンを有する。
【００５９】
マスク１１０ｂを用いて、トレンチ部８０を設ける領域を選択的にエッチングする（Ｓ３０６）。エピタキシャル層３５は、一例として塩素系のガスを用いてエッチングされる。エピタキシャル層３５のエッチングの後に、第１のＮ型領域４５が設けられる。一例において、第１のＮ型領域４５を設ける段階は、酸素（Ｏ）およびケイ素（Ｓｉ）のいずれか１つをイオン注入する段階を含む（Ｓ３０６）。本例の第１のＮ型領域４５は、酸素（Ｏ）のイオン注入により形成される。ドーパントをイオン注入する段階は、多段でイオン注入する段階を含んでよい。多段でイオン注入することにより、深さごとに第１のＮ型領域４５のドーパント濃度を調整しやすくなる。
【００６０】
次に、マスク１１０ｂを除去し、第２のＮ型領域５５を形成するためのマスク１１０ｃを形成する（Ｓ３０８）。そして、マスク１１０ｃを用いて、第２のＮ型領域５５を設ける領域にＮ型のドーパントを選択的にイオン注入する。第２のＮ型領域５５を設ける段階は、ケイ素（Ｓｉ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれか１つをイオン注入する段階を含む。本例の第２のＮ型領域５５は、ケイ素（Ｓｉ）のイオン注入により形成される。
【００６１】
次に、マスク１１０ｃを除去し、絶縁層６０および電極７２を形成する（Ｓ３１０）。例えば、絶縁層６０は、膜厚４００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。電極７２がＮｉとＡｕの積層膜であってよく、それぞれの膜厚は、５０ｎｍと１５０ｎｍであってよい。絶縁層６０および電極７２は、窒化物半導体装置１００の構造に応じたパターンでパターニングされている。そして、窒化物半導体層１０の下面１０２に電極７０を形成する。
【００６２】
実施例３の窒化物半導体装置１００は、エッチングによりトレンチ部８０を設けた後に、第１のＮ型領域４５を形成している。これにより、第１のＮ型領域４５を形成するためのイオン注入をトレンチ部８０の深さだけ浅くすることができる。但し、窒化物半導体装置１００は、第１のＮ型領域４５を形成するためのドーパントをイオン注入する段階の後に、トレンチ部８０を形成するためにエッチングする段階を実行してもよい。
【００６３】
図４は、窒化物半導体装置１００が有するＮ型のイオン注入領域のドーパント濃度の一例を示す。図４は、深さＤにおけるＮ型領域のドーパント濃度のテールを説明するための図である。図４は、実施例１において、イオン注入によりＮ型領域を形成した場合のテール長さＬｔを示す。
【００６４】
図４の（Ａ）は、第１のＮ型領域４０を形成するためにイオン注入したＮ型のドーパントのテール長さＬｔ４０を示す。テール長さＬｔ４０は、第１のＮ型領域４０のドーパント濃度のピークＰから、第１のＮ型領域４０の下端までのテール長さＬｔである。第１のＮ型領域４０が多段のイオン注入により形成される場合、第１のＮ型領域４０のドーパント濃度のピークＰは、最も深いイオン注入のピークを指す。
【００６５】
図４の（Ｂ）は、第２のＮ型領域５０を形成するためにイオン注入したＮ型のドーパントのテール長さＬｔ５０を示す。テール長さＬｔ５０は、第２のＮ型領域５０のドーパント濃度のピークから、第２のＮ型領域５０の下端までのテール長さＬｔである。第２のＮ型領域５０が多段のイオン注入により形成される場合、第２のＮ型領域５０のドーパント濃度のピークＰは、最も深いイオン注入のピークを指す。
【００６６】
本例のテール長さＬｔ４０は、テール長さＬｔ５０よりも短い。テール長さＬｔ４０が小さくなりやすいドーパントを選択することにより、テール長さＬｔ４０をテール長さＬｔ５０よりも短くすることができる。例えば、第１のＮ型領域４０を酸素（Ｏ）でイオン注入し、第２のＮ型領域５０をケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）でイオン注入して、テール長さＬｔ４０をテール長さＬｔ５０よりも短くする。
【００６７】
例えば、第１のＮ型領域４０のピークＰの注入深さが８００ｎｍであり、テール長さＬｔ４０が５００ｎｍより小さい。この場合、例えば、第２のＮ型領域５０のピークＰの注入深さが２０ｎｍであり、テール長さＬｔ５０が５００ｎｍである。但し、第１のＮ型領域４０および第２のＮ型領域５０のドーパント濃度分布は本例に限られない。また、本例の第１のＮ型領域４０および第２のＮ型領域５０のドーパント濃度の説明は、全ての実施例に係るドーパント濃度の説明にも同様に当てはまる。
【００６８】
テール長さＬｔ４０は、テール長さＬｔ５０と同程度の大きさであってよい。一例において、テール長さＬｔ４０は、テール長さＬｔ５０の±１０％の範囲内である。例えば、第１のＮ型領域４０のピークＰの注入深さが８００ｎｍであり、テール長さＬｔ４０が５００ｎｍである。この場合、例えば、第２のＮ型領域５０のピークＰの注入深さが２０ｎｍであり、テール長さＬｔ５０が５００ｎｍである。但し、第１のＮ型領域４０および第２のＮ型領域５０のドーパント濃度分布は本例に限られない。また、本例の第１のＮ型領域４０および第２のＮ型領域５０のドーパント濃度の説明は、全ての実施例に係るドーパント濃度の説明にも同様に当てはまる。
【００６９】
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。
【００７０】
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】
【００７１】
１０・・・窒化物半導体層、２０・・・エピタキシャル層、３０・・・イオン注入領域、３５・・・エピタキシャル層、４０・・・第１のＮ型領域、４５・・・第１のＮ型領域、５０・・・第２のＮ型領域、５５・・・第２のＮ型領域、６０・・・絶縁層、７０・・・電極、７２・・・電極、８０・・・トレンチ部、１００・・・窒化物半導体装置、１０１・・・上面、１０２・・・下面、１１０・・・マスク
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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