НИТРИДНОЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НИТРИДНОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО УСТРОЙСТВА
NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF PRODUCING NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к нитридному полупроводниковому устройству и способу производства нитридного полупроводникового устройства.
Уровень техники
Кацунори Уэно (2017) "Development of Normally-Off MOSFET on Homoepitaxial GaN", Прикладная физика, том 86, № 5, с. 376-380 раскрывает полупроводниковое устройство, включающее в себя полупроводниковый слой, изолирующую пленку затвора и электрод затвора. В полупроводниковом устройстве полупроводниковый слой включает в себя первый слой основания, второй слой основания, дрейфовый слой, первый истоковый слой и второй истоковый слой. Первый слой основания имеет первый тип электропроводности и раскрывается на переднюю поверхность полупроводникового слоя. Второй слой основания имеет первый тип электропроводности и раскрывается на переднюю поверхность полупроводникового слоя. Промежуточный участок предусматривается между первым слоем основания и вторым слоем основания. Дрейфовый слой имеет второй тип электропроводности, проходит от промежуточного участка между первым слоем основания и вторым слоем основания до позиции касания с нижней поверхностью первого слоя основания и до позиции касания с нижней поверхностью второго слоя основания и раскрывается на переднюю поверхность полупроводникового слоя в промежуточном участке. Первый истоковый слой имеет второй тип электропроводности, отделяется от дрейфового слоя первым слоем основания и раскрывается на переднюю поверхность полупроводникового слоя. Второй истоковый слой имеет второй тип электропроводности, отделяется от дрейфового слоя вторым слоем основания и раскрывается на переднюю поверхность полупроводникового слоя. Изолирующая пленка затвора покрывает переднюю поверхность полупроводникового слоя в диапазоне, в котором раскрываются первый истоковый слой, первый слой основания, дрейфовый слой, второй слой основания и второй истоковый слой. Электрод затвора обращен к первому слою основания и второму слою основания через изолирующую пленку затвора.
Когда полупроводниковое устройство вертикального типа, описанное выше, включается, потенциал электрода затвора увеличивается до равного или более высокого, чем пороговое значение затвора. В результате, канал формируется рядом с изолирующей пленкой затвора первого слоя основания и рядом с изолирующей пленкой затвора второго слоя основания. Носители протекают между истоковым слоем (т.е., первым истоковым слоем и вторым истоковым слоем) и дрейфовым слоем посредством канала. При этом электропроводность обеспечивается между электродом истока, сформированным на передней поверхности полупроводникового слоя, и электродом стока, сформированным на задней поверхности полупроводникового слоя. В случае, когда потенциал электрода затвора уменьшается до меньшего, чем пороговое значение затвора, канал исчезает, и поток носителей заряда прекращается. При этом полупроводниковое устройство выключается.
Сущность изобретения
Согласно Кацунори Уэно (2017) "Development of Normally-Off MOSFET on Homoepitaxial GaN", Прикладная физика, том 86, № 5, с. 376-380, когда полупроводниковое устройство выключено, обратное напряжение прикладывается к p-n-переходам границ между слоями основания (т.е., первым слоем основания и вторым слоем основания) и дрейфовым слоем. По этой причине, обедненные слои распространяются от слоев основания до дрейфового слоя, и дрейфовый слой обедняется. В результате, распределение потенциалов создается внутри дрейфового слоя, и электрическое поле прикладывается к дрейфовому слою. В результате изучения этого понятно, что, когда полупроводниковое устройство выключено, высокое электрическое поле концентрируется вокруг нижнего крайнего участка каждого слоя основания на стороне промежуточного участка, и выдерживаемое напряжение полупроводникового устройства снижается. Настоящее изобретение предоставляет нитридное полупроводниковое устройство вертикального типа, приспособленное для ослабления электрического поля, окружающего нижний крайний участок слоя основания на стороне промежуточного участка, и способ производства нитридного полупроводникового устройства.
Первый аспект настоящего изобретения относится к нитридному полупроводниковому устройству. Нитридное полупроводниковое устройство включает в себя нитридный полупроводниковый слой, изолирующую пленку затвора, электрод истока, электрод стока и электрод затвора. Нитридный полупроводниковый слой включает в себя первый слой основания, второй слой основания, дрейфовый слой, первый истоковый слой и второй истоковый слой. Первый слой основания является слоем первого типа электропроводности, который раскрывается на переднюю поверхность нитридного полупроводникового слоя. Второй слой основания является слоем первого типа электропроводности, который раскрывается на переднюю поверхность. Дрейфовый слой является слоем второго типа электропроводности, который проходит от промежуточного участка до позиции касания с нижней поверхностью первого слоя основания и позиции касания с нижней поверхностью второго слоя основания и раскрывается на переднюю поверхность в промежуточном участке, промежуточный участок является областью между первым слоем основания и вторым слоем основания. Первый истоковый слой является слоем второго типа электропроводности, который отделяется от дрейфового слоя первым слоем основания и раскрывается на переднюю поверхность. Второй истоковый слой является слоем второго типа электропроводности, который отделяется от дрейфового слоя вторым слоем основания и раскрывается на переднюю поверхность. Изолирующая пленка затвора покрывает переднюю поверхность в диапазоне, в котором раскрываются первый истоковый слой, первый слой основания, дрейфовый слой, второй слой основания и второй истоковый слой. Электрод истока соприкасается с первым истоковым слоем, первым слоем основания, вторым истоковым слоем и вторым слоем основания в диапазоне, в котором изолирующая пленка затвора не предусматривается. Электрод стока соприкасается с задней поверхностью нитридного полупроводникового слоя. Электрод затвора обращен к первому слою основания и второму слою основания через изолирующую пленку затвора. Дрейфовый слой включает в себя первый дрейфовый слой, который проходит от позиции касания с нижней поверхностью первого слоя основания до позиции касания с нижней поверхностью второго слоя основания, и слой ослабления электрического поля, который соприкасается с первым нижним крайним участком и вторым нижним крайним участком, соприкасается с первым дрейфовым слоем и имеет концентрацию примеси второго типа электропроводности ниже чем у первого дрейфового слоя. Первый нижний крайний участок является нижним крайним участком боковой поверхности первого слоя основания на стороне промежуточного участка, а второй нижний крайний участок является нижним крайним участком боковой поверхности второго слоя основания на стороне промежуточного участка.
Когда нитридное полупроводниковое устройство выключено, слой ослабления электрического поля и первый дрейфовый слой являются обедненными. Концентрация примеси второго типа электропроводности слоя ослабления электрического поля ниже концентрации примеси второго типа электропроводности первого дрейфового слоя. По этой причине концентрация фиксированного электрического заряда (примеси второго типа электропроводности) в обедненном слое ослабления электрического поля ниже концентрации фиксированного электрического заряда (примеси второго типа электропроводности) в обедненном первом дрейфовом слое. Соответственно, внутри обедненного слоя ослабления электрического поля, электрическому полю труднее создаваться, чем внутри обедненного первого дрейфового слоя. В нитридном полупроводниковом слое, поскольку слой ослабления электрического поля располагается в позиции касания с нижним крайним участком боковой поверхности каждого слоя основания на стороне промежуточного участка, представляется возможным ослаблять электрическое поле, окружающее нижний крайний участок каждого слоя основания на стороне промежуточного участка. При этом представляется возможным улучшать выдерживаемое напряжение нитридного полупроводникового устройства.
В нитридном полупроводниковом устройстве согласно первому аспекту настоящего изобретения слой ослабления электрического поля может проходить от первого нижнего крайнего участка до второго нижнего крайнего участка. Дрейфовый слой может включать в себя второй дрейфовый слой, который располагается в промежуточном участке на стороне передней поверхности от слоя ослабления электрического поля и имеет концентрацию примеси второго типа электропроводности выше, чем у слоя ослабления электрического поля.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, поскольку концентрация примеси второго типа электропроводности второго дрейфового слоя, предусмотренного в промежуточном участке, выше концентрации примеси второго типа электропроводности слоя ослабления электрического поля, представляется возможным уменьшать сопротивление току, протекающему в промежуточном участке.
В нитридном полупроводниковом устройстве согласно первому аспекту настоящего изобретения слой ослабления электрического поля может включать в себя первый участок, который соприкасается с первым нижним крайним участком, и второй участок, который соприкасается со вторым нижним крайним участком и отделен от первого участка. Дрейфовый слой может включать в себя второй дрейфовый слой, который располагается в промежуточном участке, имеет концентрацию примеси второго типа электропроводности выше чем у слоя ослабления электрического поля и соединяется с первым дрейфовым слоем между первым участком и вторым участком.
В первом аспекте настоящего изобретения второй дрейфовый слой, предусмотренный в промежуточном участке, соединяется с первым дрейфовым слоем между первым участком и вторым участком. Поскольку концентрация примеси второго типа электропроводности второго дрейфового слоя выше концентрации примеси второго типа электропроводности слоя ослабления электрического поля, ток протекает в участке соединения первого дрейфового слоя и второго дрейфового слоя, в результате чего, представляется возможным дополнительно уменьшать сопротивление току.
В нитридном полупроводниковом устройстве согласно первому аспекту настоящего изобретения слой ослабления электрического поля может проходить до передней поверхности в промежуточном участке.
В нитридном полупроводниковом устройстве согласно первому аспекту настоящего изобретения, дрейфовый слой может включать в себя стоковый контактный слой, который располагается на стороне задней поверхности от первого дрейфового слоя, раскрывается на заднюю поверхность и имеет концентрацию примеси второго типа электропроводности выше чем у первого дрейфового слоя.
Второй аспект настоящего изобретения относится к способу производства нитридного полупроводникового устройства. Способ включает в себя выращивание первого дрейфового слоя, выращивание слоя основания, формирование углубленного участка, выращивание слоя ослабления электрического поля, шлифование слоя ослабления электрического поля, формирование истокового слоя, формирование изолирующей пленки затвора, формирование электрода затвора, формирование электрода истока и формирование электрода стока. При выращивании первого дрейфового слоя, первый дрейфовый слой, изготовленный из нитридного полупроводника второго типа электропроводности, принудительно выращивается на передней поверхности подложки нитридного полупроводника, изготовленной из нитридного полупроводника второго типа электропроводности. При выращивании слоя основания, слой основания, изготовленный из нитридного полупроводника первого типа электропроводности, принудительно выращивается на передней поверхности первого дрейфового слоя. При формировании углубленного участка формируется углубленный участок, который проходит через слой основания от передней поверхности слоя основания и достигает первого дрейфового слоя. При выращивании слоя ослабления электрического поля, слой ослабления электрического поля, изготовленный из нитридного полупроводника второго типа электропроводности, имеющий концентрацию примеси второго типа электропроводности меньше чем у первого дрейфового слоя, принудительно выращивается внутри углубленного участка и на передней поверхности слоя основания. При шлифовке слоя ослабления электрического поля, слой ослабления электрического поля шлифуется, чтобы раскрывать переднюю поверхность слоя основания и вынуждать слой ослабления электрического поля оставаться внутри углубленного участка. При формировании истокового слоя, истоковый слой второго типа электропроводности, который отделяется от первого дрейфового слоя и слоя ослабления электрического поля слоем основания и раскрывается на переднюю поверхность слоя основания, формируется на обеих сторонах углубленного участка. При формировании изолирующей пленки затвора формируется изолирующая пленка затвора, которая покрывает диапазон поверх передней поверхности каждого истокового слоя, передней поверхности слоя основания и передней поверхности слоя ослабления электрического поля. При формировании электрода затвора формируется электрод затвора, который обращен к слою основания через изолирующую пленку затвора. При формировании электрода истока электрод истока формируется на передней поверхности каждого истокового слоя и передней поверхности слоя основания в диапазоне, в котором изолирующая пленка затвора не предусматривается. При формировании электрода стока электрод стока формируется на задней поверхности подложки нитридного полупроводника.
В вышеописанном способе производства формируется углубленный участок, который проходит через слой основания и достигает первого дрейфового слоя, и слой ослабления электрического поля принудительно выращивается внутри углубленного участка. По этой причине, представляется возможным располагать слой ослабления электрического поля в позиции касания с нижним крайним участком слоя основания. Соответственно, с помощью вышеописанного способа производства представляется возможным сдерживать концентрацию электрического поля, окружающего нижний крайний участок слоя основания на стороне углубленного участка, когда полупроводниковое устройство выключено.
Третий аспект настоящего изобретения относится к способу производства нитридного полупроводникового устройства. Способ включает в себя выращивание первого дрейфового слоя, выращивание слоя основания, формирование углубленного участка, выращивание слоя ослабления электрического поля и вытравливание слоя ослабления электрического поля, выращивание второго дрейфового слоя, формирование истокового слоя, формирование изолирующей пленки затвора, формирование электрода затвора, формирование электрода истока и формирование электрода стока. При выращивании первого дрейфового слоя, первый дрейфовый слой, изготовленный из нитридного полупроводника второго типа электропроводности, принудительно выращивается на передней поверхности подложки нитридного полупроводника, изготовленной из нитридного полупроводника второго типа электропроводности. При выращивании слоя основания, слой основания, изготовленный из нитридного полупроводника первого типа электропроводности, принудительно выращивается на передней поверхности первого дрейфового слоя. При формировании углубленного участка формируется углубленный участок, который проходит через слой основания от передней поверхности слоя основания и достигает первого дрейфового слоя. При выращивании слоя ослабления электрического поля, слой ослабления электрического поля, изготовленный из нитридного полупроводника второго типа электропроводности, имеющий концентрацию примеси второго типа электропроводности меньше чем у первого дрейфового слоя, принудительно выращивается внутри углубленного участка и на передней поверхности слоя основания. При вытравливании слоя ослабления электрического поля, слой ослабления электрического поля на слое основания удаляется, чтобы раскрывать переднюю поверхность слоя основания, чтобы вынуждать слой ослабления электрического поля оставаться в позиции в соприкосновении, по меньшей мере, с нижним крайним участком каждой боковой поверхности слоя основания на стороне углубленного участка. При выращивании второго дрейфового слоя, после того как слой ослабления электрического поля вытравлен, второй дрейфовый слой, изготовленный из нитридного полупроводника второго типа электропроводности, имеющего концентрацию примеси второго типа электропроводности выше чем у слоя ослабления электрического поля, принудительно выращивается внутри углубленного участка. При формировании истокового слоя, истоковый слой второго типа электропроводности, который отделяется от первого дрейфового слоя, слоя ослабления электрического поля и второго дрейфового слоя слоем основания и раскрывается на переднюю поверхность слоя основания, формируется на обеих сторонах углубленного участка. При формировании изолирующей пленки затвора формируется изолирующая пленка затвора, которая покрывает диапазон поверх передней поверхности каждого истокового слоя, передней поверхности слоя основания и передней поверхности второго дрейфового слоя. При формировании электрода затвора формируется электрод затвора, который обращен к слою основания через изолирующую пленку затвора. При формировании электрода истока электрод истока формируется на передней поверхности каждого истокового слоя и передней поверхности слоя основания в диапазоне, в котором изолирующая пленка затвора не предусматривается. При формировании электрода стока электрод стока формируется на задней поверхности подложки нитридного полупроводника.
В вышеописанном способе производства формируется углубленный участок, который проходит через слой основания и достигает первого дрейфового слоя, и слой ослабления электрического поля принудительно выращивается в углубленном участке. По этой причине, представляется возможным располагать слой ослабления электрического поля в позиции касания с нижним крайним участком слоя основания. Соответственно, в полупроводниковом устройстве, изготовленном вышеописанным способом производства, представляется возможным сдерживать концентрацию электрического поля на нижнем крайнем участке слоя основания на стороне углубленного участка, когда полупроводниковое устройство выключено. В вышеописанном способе производства, после того как слой ослабления электрического поля сформирован, второй дрейфовый слой формируется внутри углубленного участка. По этой причине, представляется возможным использовать первый дрейфовый слой и второй дрейфовый слой в качестве пути тока, когда полупроводниковое устройство включено. Концентрации примесей второго типа электропроводности первого дрейфового слоя и второго дрейфового слоя выше концентрации примеси второго типа электропроводности слоя ослабления электрического поля. По этой причине, с помощью полупроводникового устройства, изготовленного вышеописанным способом производства, представляется возможным уменьшать сопротивление во включенном состоянии.
Краткое описание чертежей
Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:
Фиг. 1 - вид в продольном разрезе MOSFET из примера 1;
Фиг. 2 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 1;
Фиг. 3 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 1;
Фиг. 4 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 1;
Фиг. 5 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 1;
Фиг. 6 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 1;
Фиг. 7 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 1;
Фиг. 8 - вид в продольном разрезе MOSFET из примера 2;
Фиг. 9 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 2;
Фиг. 10 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 2;
Фиг. 11 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 2;
Фиг. 12 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 2;
Фиг. 13 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 2;
Фиг. 14 - вид в продольном разрезе MOSFET из примера 3; и
Фиг. 15 - пояснительный вид процесса производства MOSFET из примера 3.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Полевой транзистор со структурой металл-оксид-проводник (MOSFET), показанный на фиг. 1, имеет нитридный полупроводниковый слой 12. Нитридный полупроводниковый слой 12 является полупроводниковым слоем, изготовленным, главным образом, из нитрида галлия (GaN).
Нитридный полупроводниковый слой 12 имеет множество истоковых слоев 40, множество слоев 42 основания и дрейфовый слой 44.
Каждый истоковый слой 40 является областью n-типа и раскрывается на переднюю поверхность 12a нитридного полупроводникового слоя 12.
Каждый слой 42 основания является областью p-типа и располагается поблизости от соответствующего истокового слоя 40. Каждый слой 42 основания покрывает боковую поверхность и нижнюю поверхность соответствующего истокового слоя 40. Каждый слой 42 основания раскрывается на переднюю поверхность 12a нитридного полупроводникового слоя 12 в диапазоне рядом с истоковым слоем 40. Слои 42 основания располагаются с интервалами. Далее в данном документе промежуточный участок между слоями 42 основания называется промежуточным участком 50. Промежуточный участок 50 может называться областью полевого транзистора с p-n-переходом (JFET). Каждый слой 42 основания имеет область 42a высокой концентрации, область 42b низкой концентрации и контактную область 42c основания.
Область 42b низкой концентрации раскрывается на переднюю поверхность 12a нитридного полупроводникового слоя 12 в диапазоне между промежуточным участком 50 и истоковым слоем 40. Область 42b низкой концентрации соприкасается с боковой поверхностью на стороне промежуточного участка 50 и нижней поверхностью истокового слоя 40. Область 42a высокой концентрации располагается под областью 42b низкой концентрации. Концентрация примеси p-типа области 42a высокой концентрации выше концентрации примеси p-типа области 42b низкой концентрации. Контактная область 42c основания раскрывается на переднюю поверхность 12a нитридного полупроводникового слоя 12 в диапазоне на противоположной стороне истокового слоя 40 от промежуточного участка 50. Нижняя поверхность контактной области 42c основания покрывается областью 42b низкой концентрации. Концентрация примеси p-типа контактной области 42c основания выше концентрации примеси p-типа области 42a высокой концентрации.
Дрейфовый слой 44 является областью n-типа и проходит от промежуточного участка 50 до позиции касания с нижней поверхностью каждого слоя 42 основания. Внутри промежуточного слоя 50 дрейфовый слой 44 раскрывается на переднюю поверхность 12a нитридного полупроводникового слоя 12. Дрейфовый слой 44 раскрывается практически во всю область задней поверхности 12b нитридного полупроводникового слоя 12. Дрейфовый слой 44 отделяется от каждого истокового слоя 40 каждым слоем 42 основания. Дрейфовый слой 44 имеет первый дрейфовый слой 46, стоковый контактный слой 47 и слой 48 ослабления электрического поля.
Первый дрейфовый слой 46 располагается под каждым слоем 42 основания. Что касается пары слоев 42 основания, первый дрейфовый слой 46 проходит от позиции касания с нижней поверхностью (нижней поверхностью области 42a высокой концентрации) первого слоя 42 основания до позиции касания с нижней поверхностью (нижней поверхностью области 42a высокой концентрации) второго слоя 42 основания. Первый дрейфовый слой 46 отделяется от каждого истокового слоя 40 каждым слоем 42 основания.
Стоковый контактный слой 47 располагается под первым дрейфовым слоем 46. Стоковый контактный слой 47 раскрывается практически во всю область задней поверхности 12b нитридного полупроводникового слоя 12. Концентрация примеси n-типа стокового контактного слоя 47 выше концентрации примеси n-типа первого дрейфового слоя 46.
Слой 48 ослабления электрического поля располагается поверх всей области промежуточного участка 50. Соответственно, слой 48 ослабления электрического поля соприкасается с нижним крайним участком 43b боковой поверхности 43a каждого слоя 42 основания на стороне промежуточного участка 50. Слой 48 ослабления электрического поля проходит до области ниже промежуточного участка 50. Т.е., слой 48 ослабления электрического поля проходит от позиции, раскрытой на переднюю поверхность 12a нитридного полупроводникового слоя 12 под нижним крайним участком 43b боковой поверхности 43a каждого слоя 42 основания на стороне промежуточного участка 50. Слой 48 ослабления электрического поля располагается над первым дрейфовым слоем 46 и соприкасается с первым дрейфовым слоем 46. Слой 48 ослабления электрического поля отделяется от каждого истокового слоя 40 каждым слоем 42 основания. Концентрация примеси n-типа слоя 48 ослабления электрического поля ниже концентрации примеси n-типа первого дрейфового слоя 46.
Изолирующая пленка 28 затвора, электрод 26 затвора, изолирующий промежуточный слой 24 и электрод 20 истока располагаются на передней поверхности 12a нитридного полупроводникового слоя 12.
Изолирующая пленка 28 затвора покрывает часть передней поверхности 12a нитридного полупроводникового слоя 12. Изолирующая пленка 28 затвора покрывает переднюю поверхность 12a нитридного полупроводникового слоя 12 поверх диапазона, в котором истоковые слои 40, слои 42 основания между истоковыми слоями 40 и промежуточный участок 50 (т.е., слой 48 ослабления электрического поля) и слой 48 ослабления электрического поля раскрываются. В каждом слое 42 основания участок (т.е., участок поверхностного слоя для слоя 42 основания между истоковым слоем 40 и слоем 48 ослабления электрического поля) касания с изолирующей пленкой 28 затвора является канальной областью 42d, где формируется канал. Изолирующая пленка 28 затвора выполняется, например, из изолятора, такого как оксид кремния.
Электрод 26 затвора располагается на изолирующей пленке 28 затвора. Электрод 26 затвора покрывает всю область передней поверхности изолирующей пленки 28 затвора. Электрод 26 затвора обращен к части истоковых слоев 40, слоев 42 основания (т.е., канальных областей 42d) и слою 48 ослабления электрического поля через изолирующую пленку 28 затвора. Электрод 26 затвора изолируется от нитридного полупроводникового слоя 12 изолирующей пленкой 28 затвора.
Изолирующий промежуточный слой 24 покрывает часть истоковых слоев 40 в диапазоне рядом с изолирующей пленкой 28 затвора, переднюю поверхность электрода 26 затвора и боковые поверхности изолирующей пленки 28 затвора. Т.е., окрестности электрода 26 затвора покрываются с помощью изолирующей пленки 28 затвора и изолирующего промежуточного слоя 24. Изолирующий промежуточный слой 24 выполняется, например, из изолятора, такого как оксид кремния.
Электрод 20 истока покрывает переднюю поверхность 12a нитридного полупроводникового слоя 12 в диапазоне рядом с изолирующим промежуточным слоем 24 и переднюю поверхность изолирующего промежуточного слоя 24. Электрод 20 истока изолируется от электрода 26 затвора изолирующим промежуточным слоем 24. Электрод 20 истока соединяется с истоковыми слоями 40 и областями 42c контакта основания.
Электрод 30 стока располагается на задней поверхности 12b нитридного полупроводникового слоя 12. Электрод 30 стока соединяется с дрейфовым слоем 44 (стоковым контактным слоем 47).
В случае, когда потенциал электрода 26 затвора увеличивается до равного или более высокого, чем пороговое значение затвора (минимальный потенциал затвора, необходимый для включения MOSFET), электроны притягиваются в канальную область 42d каждого слоя 42 основания, в результате чего формируется канал в канальной области 42d. С каналом соединяются каждый истоковый слой 40 и дрейфовый слой 44 (слой 48 ослабления электрического поля), и электроны протекают от истокового слоя 40 к слою 48 ослабления электрического поля. Электроны, протекающие в слой 48 ослабления электрического поля, проходят через первый дрейфовый слой 46 и стоковый контактный слой 47 и протекают по направлению к электроду 30 стока. При этом электропроводность обеспечивается между электродом 20 истока и электродом 30 стока, и MOSFET включается.
В случае, когда потенциал электрода 26 затвора уменьшается до меньшего, чем пороговое значение затвора, канал исчезает, и поток электронов прекращается. Т.е., MOSFET выключается. В случае, когда MOSFET выключается, обратное напряжение (т.е., такое напряжение, что дрейфовый слой 44 имеет потенциал выше слоя 42 основания) прикладывается к p-n-переходу границы между каждым слоем 42 основания и дрейфовым слоем 44. Обедненный слой распространяется от p-n-перехода до окрестностей p-n-перехода. Поскольку концентрация примеси p-типа каждого слоя 42 основания гораздо выше концентраций примеси n-типа первого дрейфового слоя 46 и слоя 48 ослабления электрического поля, слой 42 основания едва ли когда-либо обедняется за исключением области рядом с p-n-переходом. Соответственно, обедненный слой, главным образом, распространяется от p-n-перехода до первого дрейфового слоя 46 и слоя 48 ослабления электрического поля. По этой причине, практически весь слой 48 ослабления электрического поля и первый дрейфовый слой 46 являются обедненными. В случае, когда слой 48 ослабления электрического поля и первый дрейфовый слой 46 являются обедненными, распределение потенциала создается внутри слоя 48 ослабления электрического поля и первого дрейфового слоя 46. Соответственно, электрическое поле прикладывается к слою 48 ослабления электрического поля и первому дрейфовому слою 46.
Нижний крайний участок 43b боковой поверхности 43a необедненного слоя 42 основания соприкасается с обеденным слоем 48 ослабления электрического поля и первым дрейфовым слоем 46 под углом. По этой причине форма слоя 42 основания становится формой, в которой сильное электрическое поле легко создается рядом с нижним крайним участком 43b.
В MOSFET из примера 1 слой 48 ослабления электрического поля предусматривается в позиции касания с нижним крайним участком 43b боковой поверхности 43a слоя 42 основания на стороне промежуточного участка 50. Концентрация примеси n-типа слоя 48 ослабления электрического поля ниже концентрации примеси n-типа первого дрейфового слоя 46. По этой причине, плотность фиксированного электрического заряда (примеси n-типа) внутри обедненного слоя 48 ослабления электрического поля ниже плотности фиксированного электрического заряда (примеси n-типа) внутри обедненного первого дрейфового слоя 46. Соответственно, слой 48 ослабления электрического поля имеет характеристику, что электрическое поле с трудом создается внутри слоя 48 ослабления электрического поля. Поскольку слой 48 ослабления электрического поля предусматривается в позиции касания с нижним крайним участком 43b боковой поверхности 43a слоя 42 основания, на которой электрическое поле легко концентрируется по форме, электрическое поле рядом с нижним крайним участком 43b может быть ослаблено слоем 48 ослабления электрического поля.
Поскольку концентрация электрического поля на нижнем крайнем участке 43b сдерживается посредством слоя 48 ослабления электрического поля, представляется возможным увеличивать концентрацию примеси n-типа первого дрейфового слоя 46 по сравнению с обычным состоянием. По этой причине, когда MOSFET включен, представляется возможным уменьшать сопротивление (т.е., сопротивление во включенном состоянии) первого дрейфового слоя 46 по сравнению с обычным состоянием.
В вышеописанном примере слой 42 основания имеет область 42a высокой концентрации, имеющую относительно высокую концентрацию примеси p-типа (далее в данном документе называемую "областью 42a высокой концентрации"), область 42b низкой концентрации, имеющую относительно низкую концентрацию примеси p-типа (далее в данном документе называемую "областью 42b низкой концентрации") и контактную область 42c основания. Однако, концентрация примеси p-типа области 42a высокой концентрации и концентрация примеси p-типа области 42b низкой концентрации могут быть практически равны друг другу. Т.е., область 42a высокой концентрации и область 42b низкой концентрации могут совокупно рассматриваться как одна область. Концентрация примеси p-типа нижележащего слоя (т.е., ссылочный номер 42a) может быть ниже концентрации примеси p-типа вышележащего слоя (т.е., ссылочный номер 42b). То же применяется к другим примерам, описанным ниже.
Будет описан способ производства MOSFET из примера 1. Как показано на фиг. 2, первый дрейфовый слой 46 в качестве нитридного полупроводникового слоя n-типа принудительно выращивается эпитаксиально на стоковом контактном слое 47 в качестве нитридной полупроводниковой подложки n-типа. Стоковый контактный слой 47 является подложкой (GaN-подложкой), изготовленной, главным образом, из нитрида галлия (GaN). Концентрация примеси n-типа первого дрейфового слоя 46 выше концентрации примеси n-типа стокового контактного слоя 47. Слой 42 основания в качестве нитридного полупроводникового слоя p-типа принудительно выращивается эпитаксиально на первом дрейфовом слое 46. Подробно, после того как область 42a высокой концентрации принудительно выращивается эпитаксиально на первом дрейфовом слое 46, область 42b низкой концентрации в качестве нитридного полупроводникового слоя p-типа принудительно выращивается эпитаксиально на области 42a высокой концентрации. Концентрация примеси p-типа области 42b низкой концентрации ниже концентрации примеси p-типа области 42a высокой концентрации. Буферный слой в качестве нитридного полупроводникового слоя n-типа может быть вставлен между стоковым контактным слоем 47 и первым дрейфовым слоем 46. Т.е., после того как буферный слой принудительно выращивается на стоковом контактном слое 47, первый дрейфовый слой 46 может быть принудительно выращен на буферном слое.
Как показано на фиг. 3, маска 58, имеющая отверстие 60, формируется на передней поверхности слоя 42 основания (область 42b низкой концентрации). Передняя поверхность слоя 42 основания внутри отверстия 60 вытравляется, в результате чего, формируется углубленный участок 62. Углубленный участок 62 формируется, чтобы проходить через слой 42 основания и достигать первого дрейфового слоя 46. Маска 58 удаляется, и, как показано на фиг. 4, слой 48 ослабления электрического поля в качестве нитридного полупроводникового слоя n-типа принудительно выращивается эпитаксиально на передней поверхности каждого слоя 42 основания (область 42b низкой концентрации) и внутри углубленного участка 62. В этом случае слой 48 ослабления электрического поля принудительно выращивается так, что углубленный участок 62 заполняется им. Концентрация примеси n-типа слоя 48 ослабления электрического поля ниже концентрации примеси n-типа первого дрейфового слоя 46.
Как показано на фиг. 5, передняя область слоя 48 ослабления электрического поля полируется посредством химико-механической полировки (CMP). Здесь, как показано на фиг. 5, передняя поверхность каждого слоя 42 основания (область 42b низкой концентрации) раскрывается, и передняя поверхность каждого слоя 42 основания и передняя поверхность слоя 48 ослабления электрического поля планаризуются.
Как показано на фиг. 6, ионы примеси n-типа выборочно внедряются в часть каждого слоя 42 основания (область 42b низкой концентрации), в результате чего, каждый истоковый слой 40 формируется. Каждый истоковый слой 40 отделяется от первого дрейфового слоя 46 и слоя 48 ослабления электрического поля каждым слоем 42 основания и формируется, чтобы раскрываться на переднюю поверхность каждого слоя 42 основания. Как показано на фиг. 6, ионы примеси p-типа внедряются в часть каждого слоя 42 основания (область 42b низкой концентрации), в результате чего, формируется контактная область 42c основания.
Как показано на фиг. 7, формируется изолирующая пленка 28 затвора. Изолирующая пленка 28 затвора формируется, чтобы покрывать диапазон поверх передней поверхности каждого истокового слоя 40, передней поверхности каждого слоя 42 основания и передней поверхности слоя 48 ослабления электрического поля. Как показано на фиг. 7, электрод 26 затвора формируется, чтобы покрывать всю переднюю поверхность изолирующей пленки 28 затвора. После этого, формируются изолирующий промежуточный слой 24, электрод 20 истока и электрод 30 стока, в результате чего, MOSFET на фиг. 1 реализуется. Как показано на фиг. 1, электрод 20 истока формируется, чтобы касаться передней поверхности каждого истокового слоя 40 и передней поверхности каждого слоя 42 основания в диапазоне, в котором изолирующая пленка 28 затвора не предусматривается. Электрод 30 стока формируется, чтобы касаться задней поверхности стокового контактного слоя 47 (GaN-подложки).
Как описано выше, с помощью вышеописанного способа производства, формируется углубленный участок 62, который проходит через слой 42 основания и достигает первого дрейфового слоя 46, и слой 48 ослабления электрического поля принудительно выращивается в углубленном участке 62. По этой причине, представляется возможным располагать слой 48 ослабления электрического поля в позиции касания с нижним крайним участком 43b каждого слоя 42 основания. Соответственно, с помощью вышеописанного способа производства, представляется возможным сдерживать концентрацию электрического поля на нижнем крайнем участке 43b каждого слоя 42 основания на стороне углубленного участка 62, когда MOSFET выключен.
Каждый истоковый слой 40 и каждая контактная область 42c основания могут не быть сформированы в вышеописанный момент времени. Т.е., каждый истоковый слой 40 и каждая контактная область 42c основания могут быть сформированы в любой момент времени, после того как область 42a высокой концентрации и область 42b низкой концентрации принудительно выращены (см. фиг. 2). То же применяется к способу производства MOSFET других примеров.
Обращаясь к фиг. 8, будет иллюстрирован MOSFET из примера 2. В конфигурации MOSFET из примера 2 описание конфигураций, общих с MOSFET из примера 1, не будет повторяться. В MOSFET из примера 2, как показано на фиг. 8, дрейфовый слой 44 дополнительно имеет второй дрейфовый слой 49. Второй дрейфовый слой 49 и слой 48 ослабления электрического поля располагаются внутри промежуточного участка 50.
Слой 48 ослабления электрического поля проходит от позиции касания с местом рядом с верхним краем области 42a высокой концентрации каждого слоя 42 основания до позиции ниже нижнего крайнего участка 43b вдоль области 42a высокой концентрации. Слой 48 ослабления электрического поля проходит от нижнего крайнего участка 43b первого слоя 42 основания до нижнего крайнего участка 43b второго слоя 42 основания.
Второй дрейфовый слой 49 располагается в промежуточном участке 50 на стороне передней поверхности 12a от слоя 48 ослабления электрического поля. Второй дрейфовый слой 49 раскрывается на переднюю поверхность 12a нитридного полупроводникового слоя 12 внутри промежуточного участка 50. Концентрация примеси n-типа второго дрейфового слоя 49 выше концентрации примеси n-типа слоя 48 ослабления электрического поля. Концентрация примеси n-типа первого дрейфового слоя 46 и концентрация примеси n-типа второго дрейфового слоя 49 не ограничиваются. Т.е., концентрация примеси n-типа первого дрейфового слоя 46 может быть выше концентрации примеси n-типа второго дрейфового слоя 49, или концентрация примеси n-типа первого дрейфового слоя 46 может быть ниже концентрации примеси n-типа второго дрейфового слоя 49. Концентрация примеси n-типа первого дрейфового слоя 46 и концентрация примеси n-типа второго дрейфового слоя 49 могут быть равны друг другу. Концентрация примеси n-типа первого дрейфового слоя 46 и концентрация примеси n-типа второго дрейфового слоя 49 могут быть выше концентрации примеси n-типа слоя 48 ослабления электрического поля.
Даже в MOSFET из примера 2, поскольку слой 48 ослабления электрического поля предусматривается в позиции касания с нижним крайним участком 43b боковой поверхности 43a слоя 42 основания на стороне промежуточного участка 50, электрическое поле едва ли концентрируется на нижнем крайнем участке 43b. В MOSFET, поскольку второй дрейфовый слой 49, имеющий концентрацию примеси n-типа выше концентрации примеси n-типа слоя 48 ослабления электрического поля, предусматривается на передней поверхности 12a от слоя 48 ослабления электрического поля, представляется возможным уменьшать сопротивление JFET-области, когда MOSFET включен, по сравнению с MOSFET из примера 1.
Будет описан способ производства MOSFET из примера 2. В MOSFET из примера 2, после того как углубленный участок 62, показанный на фиг. 3, сформирован, маска 58 удалена, и, как показано на фиг. 9, слой 48 ослабления электрического поля в качестве нитридного полупроводникового слоя n-типа принудительно выращивается эпитаксиально на передней поверхности каждого слоя 42 основания (область 42b низкой концентрации) и внутри углубленного участка 62. В этом случае слой 48 ослабления электрического поля принудительно выращивается так, что углубленный участок 62 не полностью заполняется им.
Как показано на фиг. 10, передняя поверхность слоя 48 ослабления электрического поля полируется посредством CMP. Здесь, как показано на фиг. 10, передняя поверхность каждого слоя 42 основания (область 42b низкой концентрации) раскрывается, и передняя поверхность каждого слоя 42 основания и передняя поверхность слоя 48 ослабления электрического поля планаризуются.
Маска 59a формируется на передней поверхности каждого слоя 42 основания, и маска 59b формируется на нижней поверхности слоя 48 ослабления электрического поля. Маска 59a имеет отверстие 61 выше углубленного участка 62. Передняя поверхность слоя 48 ослабления электрического поля вытравляется внутри отверстия 61, в результате чего, как показано на фиг. 11, слой 48 ослабления электрического поля устраняется вокруг отверстия углубленного участка 62. Поскольку маска 59b формируется на нижней поверхности слоя 48 ослабления электрического поля, слой 48 ослабления электрического поля остается в нижнем участке углубленного участка 62. Слой 48 ослабления электрического поля остается проходящим от нижнего крайнего участка 43b боковой поверхности 43a первого слоя 42 основания до нижнего крайнего участка 43b боковой поверхности 43a второго слоя 42 основания.
Маска 59a и маска 59b удаляются, и, как показано на фиг. 12, второй дрейфовый слой 49 в качестве нитридного полупроводникового слоя n-типа принудительно выращивается эпитаксиально на передней поверхности каждого слоя 42 основания (область 42b низкой концентрации) и внутри углубленного участка 62. В этом случае второй дрейфовый слой 49 принудительно выращивается так, что углубленный участок 62 заполняется им. Концентрация примеси n-типа второго дрейфового слоя 49 выше концентрации примеси n-типа слоя 48 ослабления электрического поля.
Как показано на фиг. 13, передняя поверхность второго дрейфового слоя 49 полируется посредством CMP. Здесь, как показано на фиг. 13, передняя поверхность каждого слоя 42 основания (область 42b низкой концентрации) раскрывается. Второй дрейфовый слой 49 принудительно остается внутри углубленного участка 62.
После этого, как в примере 1, формируются каждый истоковый слой 40 и каждая контактная область 42c основания. Каждый истоковый слой 40 формируется отделенным от первого дрейфового слоя 46, слоя 48 ослабления электрического поля и второго дрейфового слоя 49 каждым слоем 42 основания и раскрытым на переднюю поверхность каждого слоя 42 основания. Как и в примере 1, формируются изолирующая пленка 28 затвора и электрод 26 затвора. Изолирующая пленка 28 затвора формируется, чтобы покрывать диапазон поверх передней поверхности каждого истокового слоя 40, передней поверхности каждого слоя 42 основания и передней поверхности второго дрейфового слоя 49. После этого, формируются изолирующий промежуточный слой 24, электрод 20 истока и электрод 30 стока, в результате чего, MOSFET на фиг. 8 реализуется.
Как описано выше, с помощью вышеописанного способа производства, формируется углубленный участок 62, который проходит через слой 42 основания и достигает первого дрейфового слоя 46, и слой 48 ослабления электрического поля принудительно выращивается в углубленном участке 62. По этой причине, представляется возможным располагать слой 48 ослабления электрического поля в позиции касания с нижним крайним участком 43b каждого слоя 42 основания. Соответственно, с помощью вышеописанного способа производства, представляется возможным сдерживать концентрацию электрического поля на нижнем крайнем участке 43b каждого слоя 42 основания на стороне углубленного участка 62, когда MOSFET выключен. В вышеописанном способе производства, после того как слой 48 ослабления электрического поля сформирован, второй дрейфовый слой 49 формируется внутри углубленного участка 62. По этой причине, представляется возможным использовать первый дрейфовый слой 46 и второй дрейфовый слой 49 в качестве пути тока, когда MOSFET включен. Концентрации примесей второго типа электропроводности первого дрейфового слоя 46 и второго дрейфового слоя 49 выше концентрации примеси второго типа электропроводности слоя 48 ослабления электрического поля. По этой причине, с помощью MOSFET, изготовленного вышеописанным способом производства, представляется возможным уменьшать сопротивление во включенном состоянии.
MOSFET из примера 3 будет описан со ссылкой на фиг. 14. MOSFET из примера 3 отличается по конфигурации слоя 48 ослабления электрического поля от MOSFET из примера 2. Как показано на фиг. 14, слой 48 ослабления электрического поля имеет первый участок 48a, который соприкасается с нижним крайним участком 43b первого слоя 42 основания, и второй участок 48b, который соприкасается с нижним крайним участком 43b второго слоя 42 основания и является отделенным от первого участка 48a.
Первый участок 48a располагается в L-образной форме в позиции касания с нижним крайним участком 43b первого слоя 42 основания. Первый участок 48a проходит под нижним крайним участком 43b первого слоя 42 основания. Второй участок 48b располагается в L-образной форме в позиции касания с нижним крайним участком 43b второго слоя 42 основания. Второй участок 48b проходит под нижним крайним участком 43b второго слоя 42 основания. Первый дрейфовый слой 46 и второй дрейфовый слой 49 соединяются в диапазоне между первым участком 48a и вторым участком 48b.
Даже в MOSFET из примера 3, поскольку слой 48 ослабления электрического поля (первый участок 48a и второй участок 48b) предусматривается в позициях касания с нижним крайним участком 43b боковой поверхности 43a каждого слоя 42 основания на стороне промежуточного участка 50, электрическое поле едва ли концентрируется на нижнем крайнем участке 43b. В MOSFET первый дрейфовый слой 46 и второй дрейфовый слой 49 соединяются между первым участком 48a и вторым участком 48b. Поскольку первый дрейфовый слой 46 и второй дрейфовый слой 49 имеют концентрацию примеси n-типа выше чем у слоя 48 ослабления электрического поля, когда MOSFET включен, ток протекает в участке соединения первого дрейфового слоя 46 и второго дрейфового слоя 49, в результате чего, представляется возможным дополнительно уменьшать сопротивление во включенном состоянии.
Будет описан способ производства MOSFET из примера 3. В MOSFET из примера 3, как показано на фиг. 15, слой 48 ослабления электрического поля, показанный на фиг. 10, вынуждается оставаться таким, что нижняя поверхность (т.е., передняя поверхность первого дрейфового слоя 46) углубленного участка 62 раскрывается посредством травления. Т.е., время травления регулируется так, что слой 48 ослабления электрического поля вынуждается оставаться в угловых участках нижней поверхности и боковых поверхностях углубленного участка 62, и слой 48 ослабления электрического поля удаляется в центре нижней поверхности углубленного участка 62. Форма (первый участок 48a и второй участок 48b) слоя 48 ослабления электрического поля, показанная на фиг. 15, может быть получена посредством удаления исключительно маски 59b с формы, показанной на фиг. 11 для примера 2, и выполнения травления на этапе травления слоя 48 ослабления электрического поля. После этого те же этапы, что и этапы в примере 2, выполняются, в результате чего, представляется возможным производить MOSFET.
Даже в вышеописанном способе производства, поскольку слой 48 ослабления электрического поля может быть расположен в позиции касания с нижним крайним участком 43b каждого слоя 42 основания на стороне углубленного участка 62, представляется возможным сдерживать концентрацию электрического поля на нижнем крайнем участке 43b. В вышеописанном способе производства слой 48 ослабления электрического поля вытравляется, в результате чего, нижняя поверхность углубленного участка 62 раскрывается. По этой причине, второй дрейфовый слой 49 принудительно выращивается внутри углубленного участка 62, в результате чего, второй дрейфовый слой 49 соединяется с первым дрейфовым слоем 46 между первым участком 48a и вторым участком 48b. Поскольку первый дрейфовый слой 46 и второй дрейфовый слой 49 имеют концентрацию примеси n-типа выше чем у слоя 48 ослабления электрического поля, когда MOSFET включен, ток протекает в участке соединения первого дрейфового слоя 46 и второго дрейфового слоя 49, в результате чего, представляется возможным дополнительно уменьшать сопротивление во включенном состоянии.
В вышеописанных примерах, хотя был описан MOSFET, технология настоящего изобретения может быть применена к биполярному транзистору с изолированным затвором (IGBT). Слой p-типа предусматривается вместо стокового контактного слоя 47 n-типа, в результате чего, представляется возможным получать структуру IGBT.
В вышеописанных примерах слой 48 ослабления электрического поля проходит под нижним крайним участком 43b слоя 42 основания. Однако, нижний край слоя 48 ослабления электрического поля может иметь глубину, практически равную нижнему крайнему участку 43b каждого слоя 42 основания. Даже в конфигурации, описанной выше, представляется возможным подходящим образом ослаблять электрическое поле, окружающее нижний крайний участок 43b каждого слоя 42 основания.
Взаимное соответствие
p-тип является примером "первого типа электропроводности". n-тип является примером "второго типа электропроводности". Слой 42 основания является примером "первого слоя основания" и "второго слоя основания". Истоковый слой 40 является примером "первого истокового слоя" и "второго истокового слоя". Нижний крайний участок 43b является примером "первого нижнего крайнего участка" и "второго нижнего крайнего участка". Стоковый контактный слой 47 является примером "нитридной полупроводниковой подложки".
Хотя конкретные примеры настоящего изобретения были описаны выше подробно, они существуют просто для иллюстрации и не предназначены ограничивать формулу изобретения. Технология, описанная в формуле изобретения, также охватывает различные модификации и изменения конкретных примеров, иллюстрированных выше. Технические признаки, описанные в спецификации или на чертежах, могут быть технически полезными отдельно или в различных сочетаниях и не ограничиваются сочетаниями, которые первоначально заявлены. Технология, иллюстрированная в спецификации или на чертежах, может одновременно добиваться множества целей, и ее техническое значение находится в достижении одной из целей.