(57)【要約】  その底部孔口よりも幅が広い最上部孔口を有するゲートウェルを備えるパッシベーション体を含むＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合パワー半導体素子、およびその製造方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物半導体素子であって、
あるバンドギャップを有する第１のＩＩＩ族窒化物体と、別のバンドギャップを有し前記第１のＩＩＩ族窒化物体の上に配置された第２のＩＩＩ族窒化物体とを含み、二次元電子ガスを形成しているＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合と、
前記第２のＩＩＩ族窒化物体の上に形成されたパッシベーション体とを備え、前記パッシベーション体は、前記第２のＩＩＩ族窒化物体側にある第１の孔口と、前記第１の孔口よりも幅が広く前記パッシベーション体の最上部にある第２の孔口とを有するゲートウェルを含み、
前記ゲートウェルの少なくとも部分的に内部に配置されたゲート配置部をさらに備え、前記ゲート配置部は、前記ウェルの前記第１の孔口に配置されたゲート絶縁体と、前記ゲート絶縁体の上にあるゲート電極とを含む、ＩＩＩ族窒化物体半導体素子。
【請求項２】
前記ウェルは、前記ウェルの前記第１の孔口を規定するレッジを各々有し対向する側壁を含む、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記レッジのうち一方は、前記レッジの他方よりも幅が広い、請求項２に記載の素子。
【請求項４】
前記ゲート配置部のそれぞれの側方にドレイン電極とソース電極とをさらに備え、前記レッジのうち前記一方は、前記ソース電極より前記ドレイン電極の近くにある、前記ゲートウェルの側壁にある、請求項２に記載の素子。
【請求項５】
前記レッジは窒化シリコンからなる、請求項２に記載の素子。
【請求項６】
前記パッシベーション体は、前記第２のＩＩＩ族窒化物体の上にある第１の絶縁体と、前記第１の絶縁体の上にある第２の絶縁体とを含む、請求項１に記載の素子。
【請求項７】
前記第１の絶縁体は窒化シリコンからなり、前記第２の絶縁体は窒化物誘電体からなる、請求項６に記載の素子。
【請求項８】
前記第２の絶縁体はＡｌＮからなる、請求項７に記載の素子。
【請求項９】
前記第２の絶縁体はＴｉＮからなる、請求項７に記載の素子。
【請求項１０】
前記第１のＩＩＩ族窒化物体はＧａＮからなり、前記第２のＩＩＩ族窒化物体はＡｌＧａＮからなる、請求項１に記載の素子。
【請求項１１】
ＩＩＩ族窒化物素子の製造方法であって、
あるバンドギャップを有する第１のＩＩＩ族窒化物体と、別のバンドギャップを有し二次元電子ガスを形成するために前記第１のＩＩＩ族窒化物体の上に配置された第２のＩＩＩ族窒化物体とを含むＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合の上に第１の絶縁体を堆積するステップと、
第２の絶縁体を前記第１の絶縁体の上に堆積するステップと、
前記第１および第２の絶縁体を貫いてトレンチを形成するステップとを備え、前記トレンチは、前記第２のＩＩＩ族窒化物体側にある第１の孔口と、前記第２の絶縁体の最上部にある第２の孔口とを含み、
前記第１の孔口よりも幅が広くなるように前記第２の孔口を広げるため、前記第２の絶縁体を除去するよう前記トレンチの側壁をエッチングするステップをさらに備える、方法。
【請求項１２】
前記第１の絶縁体は窒化シリコンからなり、前記第２の絶縁体は窒化物誘電体からなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の絶縁体はＡｌＮからなる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の絶縁体はＴｉＮからなる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のＩＩＩ族窒化物体はＧａＮからなり、前記第２のＩＩＩ族窒化物体はＡｌＧａＮからなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記トレンチにゲート配置部を形成するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ゲート配置部は、前記第２のＩＩＩ族窒化物体の上にあるゲート誘電体と、前記ゲート誘電体の上にあるゲート電極とを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記エッチングするステップは、前記ウェルの前記第１の孔口を規定するレッジを各々有する側壁をもたらす、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記レッジのうち一方は、前記レッジの他方よりも幅が広い、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ゲート配置部のそれぞれの側方にドレイン電極とソース電極とを形成するステップをさらに備え、前記レッジの前記一方は、前記ソース電極より前記ドレイン電極の近くに位置する、前記ゲート配置部の側方にある、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、２００７年１月１０日に出願され、ＩＩＩ族窒化物素子のための活性領域成形およびその製造方法（Active Area Shaping for III-Nitride Device and Process for its Manufacture）と題される米国仮出願番号第６０／８８４，２７２号に基づいてその利益を主張し、その優先権をここで主張し、その開示を引用により援用する。
【０００２】
発明の分野
この発明は、半導体素子に関し、より具体的には、ＩＩＩ族窒化物系半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
定義
ＩＩＩ族窒化物とは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどを含むがこれに限定されないＩｎＡｌＧａＮ系の半導体合金を指す。
【０００４】
発明の背景
図１を参照して、知られているＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合型パワー半導体素子は、基板１０と、基板１０の上に形成されたＩＩＩ族窒化物（たとえばＡｌＮ）バッファ層１２と、バッファ層１２の上に形成されたＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合１４とを含む。ＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合１４は、あるバンドギャップの第１のＩＩＩ族窒化物体（たとえばＧａＮ）１６と、第１のＩＩＩ族窒化物体１６の上に形成された別のバンドギャップの第２のＩＩＩ族窒化物体（たとえばＡｌＧａＮ）１８とを含む。第１のＩＩＩ族窒化物体１６および第２のＩＩＩ族窒化物体１８の組成は、この２つの窒化物体のヘテロ接合にまたはその近くに、二次元電子ガス（２−ＤＥＧ）と呼ばれるキャリアで満ちている領域の形成をもたらすよう選択される。２−ＤＥＧは、第１の電源電極（たとえばソース電極）２０と第２の電源電極（たとえばドレイン電極）２２との間の伝導チャネルとして働く。なお、典型的に、各電源電極２０、２２は、第２のＩＩＩ族窒化物体１８にオーミック結合されており、よって第２のＩＩＩ族窒化物体を通じて２−ＤＥＧに電気的に結合されている。
【０００５】
典型的な素子は、第２のＩＩＩ族窒化物体１８の上に形成された誘電体などで作られたパッシベーション体２４と、第１の電源電極２０と第２の電源電極３３との間に配置され、その間の２−ＤＥＧを選択的に遮断／復元するゲート２６とをさらに含んでもよく、これにより素子はスイッチとして動作してもよい。なお、ゲート２６は、ゲート誘電体３０とゲート電極３２とを含んでもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電源電極２０、２２のみならずゲート２６も、パッシベーション体２４を貫いてヘテロ接合１４へ、すなわち第２のＩＩＩ族窒化物体１８まで延在する。具体的には、パッシベーション体２４内部のトレンチ（ウェル）を通って各々延在する。ゲート２６が収容されるトレンチ／ウェルは、第２のＩＩＩ族窒化物体１８の最上面と鋭い角２８を形成する垂直の側壁を含み、素子の降伏電圧を低下させる高電界領域をゲート２６の底部の角に生成する。さらに、第２のＩＩＩ族窒化物体１８と接触する垂直な側壁は、ゲート電極と２−ＤＥＧとの間の重なりを増大させ、高いＱｇｄを引起す。
【０００７】
Ｑｇｄを低減し、ＩＩＩ族窒化物半導体素子の降伏電圧を上昇させることが所望される
であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
この発明に従って、ゲートを収容するトレンチまたはウェルは、その角にレッジ（ledge）を含む。角にあるレッジは、素子の降伏電圧を上昇させ、ゲート−ドレイン間容量を最小化してＱgdを低減する。
【０００９】
この発明に従う素子の製造方法では、ＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合を適切な基板の上に形成する。たとえばＳｉ3Ｎ4のような第１の窒化物誘電体層を、ＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合の上に堆積し、たとえばＳｉＮｘ（ｘは数である）、ＴｉＮ、またはＡｌＮのような第２のフィールド誘電性窒化物層を、第１の窒化物層上に堆積する。
【００１０】
次に、ゲートウェルを両方の誘電体層を貫いて等方性エッチングし、底部の鋭い角を備えるウェルを形成する。次に、最上部のフィールド窒化物層の材料に選択性のある第２のエッチングを行って、最上部の窒化物層にある開口部を拡大するが、底部の窒化物層にある開口部は拡大しない。よって、その底部の角にレッジを有するウェルが得られる。
【００１１】
この発明のある局面に従って、ウェルの角にあるレッジの横方向の広がりは、異なっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】先行技術に従うＩＩＩ族窒化物パワー半導体素子の断面図である。
【図２】この発明に従うＩＩＩ族窒化物パワー半導体素子の断面図である。
【図３Ａ】この発明に従うＩＩＩ族窒化物パワー半導体素子の製造ステップを説明する図である。
【図３Ｂ】この発明に従うＩＩＩ族窒化物パワー半導体素子の製造ステップを説明する図である。
【図３Ｃ】この発明に従うＩＩＩ族窒化物パワー半導体素子の製造ステップを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面の詳細な説明
図２を参照して、図中、同様の番号は同様の特徴を識別し、この発明に従うＩＩＩ族窒化物パワーヘテロ接合素子は、第２のＩＩＩ族窒化物体１８にある第１の孔口３８と、第１の孔口３８よりも幅が広くパッシベーション体３４の最上面にある第２の孔口４０とを有するゲートウェル（トレンチ）３６を含むパッシベーション体３４を含む。なお、好ましくは、ゲートウェル３６は、電源電極２０、２２と並列に延在するストライプ形状トレンチである。よって、好ましい実施例におけるゲート２６は、第１の孔口３８で第２のＩＩＩ族窒化物体１８の上に配置されたゲートウェル３６の側壁に沿って延在するゲート誘電体３０と、ゲートウェル３６の内側でゲート誘電体３０の上に配置されたゲート電極３２とを含む。よって、この発明の１つの局面に従って、第２のＩＩＩ族窒化物体１８の上でゲート２６が重なる面積は減少し、これによりＱｇｄは低減する。
【００１４】
この発明の１つの局面に従って、ゲートウェル３６の各側壁は、ゲートウェル３６の内部に向かって横方向に延在して第１の孔口３８を規定するレッジ４２′、４２″を含む。結果として、先行技術において存在する鋭い角は、回避され、階段状の特徴に置き換えられ、これは、素子の降伏電圧を上昇させる。好ましい実施例において、レッジのうち一方、たとえばドレイン電極２２に近い方のレッジ４２″は、ドレイン電極２２から遠い方のレッジ４２′よりも幅が広くてもよく、これによって、素子の降伏電圧定格は、一層改善
されてもよい。たとえば、レッジ４２′は、約０．０２５μｍであってもよく、レッジ４２″は、幅０．０５−０．１μｍの範囲内であってもよく、各レッジの幅は、ゲートウェル３６の内側の横方向寸法として規定されている。
【００１５】
次に図３Ａ−図３Ｃを参照して、この発明に従うＩＩＩ族窒化物ヘテロ接合パワー素子を製造するために、ＡｌＮなどの第１のＩＩＩ族窒化物バッファ層１２を、シリコン、炭化シリコン、サファイアなどの適切な基板１０の一方の面の上に成長させる。なお、バッファ層１２は、基板１０が第１のＩＩＩ族窒化物体１６と整合性があるならば不要な場合もある。たとえば、バッファ層１２は、ＧａＮ基板が用いられるならば不要な場合もある。バッファ層１２を成長させた後に、たとえばＧａＮのような第１のＩＩＩ族窒化物体１６をバッファ層１２の上に成長させ、続いてたとえばＡｌＧａＮのような第２のＩＩＩ族窒化物体１８を成長させて、２−ＤＥＧを得る。その後、パッシベーション体３４を、まず第１の絶縁体（たとえば窒化シリコン、Ｓｉ3Ｎ4）の層４４を第２のＩＩＩ族窒化物体１８の上に成長または堆積させ、続いて、第２の絶縁体４６を堆積することによって形成する。第１の絶縁体４４は、好ましくは、厚さ約０．０５−０．１ミクロンであり、第２の絶縁体材料４６を除去するエッチャントによって除去されない材料で作られている。適切な材料は、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＳｉＮｘなどの窒化物フィールド誘電体を含む。
【００１６】
次に、フォトレジストマスク４８を第２の絶縁体４６の上に堆積し、パッシベーション体３４の上に開口部（たとえば開口部５０）を含むようフォトリソグラフィでパターン形成する。その後、ウェル５２を、第１の絶縁体４４および第２の絶縁体４６を貫く等方性エッチングによってパッシベーション体３４に形成する。なお、ウェル５２は、垂直な側壁を含む。
【００１７】
次に、マスク４８を除去し、第２のマスクステップにおいて、第２の絶縁体層４６の一部分をウェル５２の各側壁から除去し、この発明に従うゲートウェル３６を得る。第２のマスクは、図に説明するように、レッジ４２″の横方向の寸法（すなわち幅）がレッジ４２′の横方向の寸法よりも広くなるよう第１のマスク開口部５０の中心からオフセットすることができる。よって、レッジ４２′は、幅約０．０２５ミクロンであってもよく、その一方でレッジ４２″は、幅０．０５から０．１ミクロンの間であってもよい。その後、任意の所望されるステップ一式を行なって、図２によって説明されるこの発明に従う素子を得ることができる。
【００１８】
この２つのエッチングステップを、２つの絶縁体を異なる速度でエッチングする（すなわち第１の絶縁体４４より第２の絶縁体４６の方を速くエッチングする）エッチャントを使って単一のエッチングステップによって実現して、この発明に従うゲートウェル３６を得てもよいことが留意されるべきである。
【００１９】
この発明は、その特定の実施例に関連して説明されたが、当業者には、多くの他の変形例および変更例ならびに他の用途が明らかとなるであろう。したがって、この発明は、この明細書中の特定の開示によって限定されないことが好ましい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【国際調査報告】
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