JP2018046150A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧を向上できる半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体装置は、第１〜第３半導体領域、第１、第２電極、絶縁膜、側壁膜を含む。第１半導体領域は、第１〜第３部分領域を含み第１導電形である。第１電極は、第１部分領域から離れる。第２電極は、第３部分領域から離れた第１電極領域と、第２部分領域から離れた第２電極領域と、を含む。第２半導体領域は、第３部分領域と第１電極領域との間、第１電極と第２電極領域との間に設けられ第１導電形である。第３半導体領域は、第３部分領域と第２半導体領域との間、第１電極と第２電極領域との間に設けられ第２導電形である。絶縁膜は、第１部分領域と第１電極の間、第１電極と第２半導体領域との間、第１電極と第３半導体領域との間に設けられる。側壁膜は、第３半導体領域と第２電極領域との間に設けられ水素を含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体装置において、耐圧の向上が望まれる。

特開２０１５−１５９１３８号公報

本発明の実施形態は、耐圧を向上できる半導体装置及びその製造方法を提供する。

本発明の実施形態によれば、半導体装置は、第１半導体領域、第２半導体領域、第３半導体領域、第１電極、第２電極、絶縁膜及び側壁膜を含む。前記第１半導体領域は、第１部分領域と、第２部分領域と、前記第１部分領域と前記第２部分領域との間に位置する第３部分領域と、を含み第１導電形である。前記第１電極は、前記第１部分領域及び前記第２部分領域を結ぶ第１方向と交差する第２方向において前記第１部分領域から離れる。前記第２電極は、前記第２方向において前記第３部分領域から離れた第１電極領域と、前記第２方向において前記第２部分領域から離れた第２電極領域と、を含む。前記第２半導体領域は、前記第２方向において前記第３部分領域と前記第１電極領域との間に設けられ前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極領域との間に設けられ、前記第２電極と電気的に接続され、前記第１導電形である。前記第３半導体領域は、前記第２方向において前記第３部分領域と前記第２半導体領域との間に設けられ前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極領域との間に設けられ、前記第２電極と電気的に接続され、第２導電形である。前記絶縁膜は、前記第２方向において前記第１部分領域と前記第１電極の間、前記第１方向において前記第１電極と前記第２半導体領域との間、前記第１方向において前記第１電極と前記第３半導体領域との間に設けられる。前記側壁膜は、前記第１方向において前記第３半導体領域と前記第２電極領域との間に設けられ水素を含む。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第４実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部を拡大した断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る半導体装置１１０は、第１半導体領域１１、第２半導体領域１２、第３半導体領域１３、第１電極２１、第２電極２２、絶縁膜３１及び側壁膜４５を含む。

第１半導体領域１１は、第１部分領域１１ａ、第２部分領域１１ｂ及び第３部分領域１１ｃを含む。第３部分領域１１ｃは、第１部分領域１１ａと第２部分領域１１ｂとの間に位置する。第１半導体領域１１は、第１導電形である。

第１部分領域１１ａ及び第２部分領域１１ｂを結ぶ方向を第１方向Ｄ１とする。第１方向と交差する１つの方向を第２方向Ｄ２とする。

第２方向Ｄ２をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。この例では、第１方向Ｄ１は、Ｘ軸方向である。

第１電極２１は、第２方向Ｄ２（Ｚ軸方向）において、第１部分領域１１ａから離れる。

第２電極２２は、第１電極領域２２ａ及び第２電極領域２２ｂを含む。第１電極領域２２ａは、第２方向Ｄ２（Ｚ軸方向）において、第３部分領域１１ｃから離れている。第２電極領域２２ｂは、第２方向Ｄ２（Ｚ軸方向）において、第２部分領域１１ｂから離れている。第１電極領域２２ａ及び第２電極領域２２ｂは、互いに電気的に接続されている。例えば、第１電極領域２２ａは、第２電極領域２２ｂと連続している。

第２半導体領域１２は、第２方向Ｄ２（Ｚ軸方向）において、第３部分領域１１ｃと第１電極領域２２ａとの間に設けられる。第２半導体領域１２は、第１方向Ｄ１（この例では、Ｘ軸方向）において、第１電極２１の一部と、第２電極領域２２ｂの一部と、の間に設けられる。第２半導体領域１２は、第２電極２２と電気的に接続されている。第２半導体領域１２は、第１導電形である。

第３半導体領域１３は、第２方向Ｄ２（Ｚ軸方向）において、第３部分領域１１ｃと第２半導体領域１２との間に設けられる。第３半導体領域１３は、第１方向Ｄ１（この例では、Ｘ軸方向）において、第１電極２１の一部と、第２電極領域２２ｂの一部と、の間に設けられる。第３半導体領域１３は、第２電極２２と電気的に接続されている。第３半導体領域１３は、第２導電形である。

例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。実施形態において、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。以下の例では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形とする。

絶縁膜３１は、第２方向Ｄ２（Ｚ軸方向）において、第１部分領域１１ａと第１電極２１の間に設けられる。絶縁膜３１は、第１方向Ｄ１（この例では、Ｘ軸方向）において、第１電極２１と第２半導体領域１２との間、及び、第１方向Ｄ１において、第１電極２１と第３半導体領域１３との間に設けられる。

側壁膜４５は、第１方向Ｄ１（この例では、Ｘ軸方向）において、第３半導体領域１３と第２電極領域２２ｂとの間に設けられる。側壁膜４５は、水素を含む。

上記の、第１半導体領域１１、第２半導体領域１２及び第３半導体領域１３は、例えば、窒化物半導体を含む。第１半導体領域１１、第２半導体領域１２及び第３半導体領域１３は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む。

これらの半導体領域がｎ形である場合、その半導体領域は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの元素は、ｎ形の不純物として機能する。

これらの半導体領域がｐ形である場合、その半導体領域は、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。これらの元素は、ｐ形の不純物として機能する。

例えば、第１半導体領域１１及び第２半導体領域１２は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。一方、第３半導体領域１３は、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

図１（ａ）に示すように、この例では、第４半導体領域１４、第５半導体領域１５及び第３電極２３が設けられる。第１電極２１と第３電極２３の間に第１半導体領域１１が設けられる。第１半導体領域１１と第３電極２３との間に第５半導体領域１５が設けられる。第１半導体領域１１と第５半導体領域１５との間に第４半導体領域１４が設けられる。第３電極２３は、第１半導体領域１１と電気的に接続される。この電気的接続は、例えば、第４半導体領域１４及び第５半導体領域１５を介して行われる。

第４半導体領域１４は、例えば、第１導電形（ｎ形）である。第５半導体領域１５は、例えば、半導体基板である。第５半導体領域１５は、例えば、第１導電形（ｎ形）である。

第１電極２１は、例えば、ゲート電極として機能する。第２電極２２は、例えば、ソース電極として機能する。第３電極２３は、例えば、ドレイン電極として機能する。

例えば、第２電極２２と第３電極２３との間に電流が流れる。この電流は、第３半導体領域１３の少なくとも一部を通過する。この電流は、第１電極２１に印加される電圧により制御される。半導体装置１１０は、例えばＭＯＳ型トランジスタである。

この例では、第１電極２１は、第１電極膜２１ａ及び第２電極膜２１ｂを含む。第１電極膜２１ａは、第２電極膜２１ｂと絶縁膜３１との間に設けられる。第２電極膜２１ｂは、第１電極膜２１ａと電気的に接続される。

この例では、第２電極２２は、第３電極領域２２ｃをさらに含む。この例では、第３電極領域２２ｃと第３半導体領域１３との間に、導電層１２ｐ及び導電層１２ｑが設けられる。導電層１２ｐは、例えば、Ｚ軸方向において第３半導体領域１３と重なる。導電層２２ｑと第３半導体領域１３との間に、導電層２２ｐが設けられる。導電層２２ｑは、第１方向（この例では、Ｘ軸方向）において、第２半導体領域１２と重なる。第２電極２２の第３電極領域２２ｃは、導電層２２ｑ及び導電層２２ｐを介して、第２半導体領域１２及び第３半導体領域１３と電気的に接続される。

この例では、第１電極２１は、第３方向Ｄ３に延びる。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２と交差する。第３方向Ｄ３は、例えば、Ｙ軸方向である。

第２電極２２の第２電極領域２２ｂは、終端部となる。この例では、第１絶縁領域４１及び第２絶縁領域４２が設けられている。第１絶縁領域４１は、第２方向Ｄ２（Ｚ軸方向）において、第２半導体領域１２の少なくとも一部と、第１電極領域２２ａと、の間に設けられる。第２絶縁領域４２は、第１方向Ｄ１（この例では、Ｘ軸方向）において、側壁膜４５の少なくとも一部と、第２電極領域２２ｂと、の間に設けられる。第１絶縁領域４１及び第２絶縁領域４２は、層間絶縁膜４０に含まれる。層間絶縁膜４０は、第２電極２２と第１電極２１との間を電気的に絶縁する。層間絶縁膜４０の第２絶縁領域４２は、第２電極２２と第１半導体領域１１との間を電気的に絶縁する。

実施形態に係る半導体装置１１０においては、側壁膜４５が設けられる。この側壁膜４５は、例えば、シリコン、窒素及び水素を含む。側壁膜４５は、例えば、窒化シリコンを含む。この窒化シリコンにおける水素の濃度は、例えば、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。

一方、絶縁膜３１は、窒素及び酸素の少なくともいずれかと、シリコンと、を含む。例えば、絶縁膜３１は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを含む。

層間絶縁膜４０（第１絶縁領域４１及び第２絶縁領域４２など）は、窒素及び酸素の少なくともいずれかと、シリコンと、を含む。例えば、層間絶縁膜４０は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンを含む。

既に説明したように、第３半導体領域１３は、第２方向Ｄ２において、側壁膜４５と絶縁膜３１との間に設けられる。これにより、第３半導体領域１３において、第２方向Ｄ２に沿った、水素濃度の差（例えば傾斜）が形成される。例えば、水素が、側壁膜４５から第３半導体領域１３に侵入（例えば拡散）する。これにより、第３半導体領域１３の側壁膜４５の側の領域においては、水素濃度が高くなる。一方、第３半導体領域１３の絶縁膜３１の側の領域においては、水素濃度が低い。第３半導体領域１３の水素は、例えば、ｐ形の不純物を不活性化させる。このため、ｐ形の不純物の濃度が一定である場合においても、水素濃度が高い領域では導電率が高くなる。一方、水素濃度が低い領域では、高い導電率が維持される。

実施形態においては、第３半導体領域１３の一部の領域を水素により不活性化させる。この領域は、終端部の領域に対応する。これにより、この領域において、ホール濃度（キャリア濃度）が低くできる。

実施形態においては、第３半導体領域１３の終端部の領域において、キャリア濃度が低くできるため、例えば、空乏層が広がり易くなる。これにより、電界集中が抑制される。これにより、耐圧を向上できる半導体装置を提供することができる。

例えば、上記のような側壁膜４５が設けられない参考例がある。この参考例においては、第３半導体領域１３におけるキャリア濃度は、Ｘ軸方向において一定である。所望のしきい値電圧を得るために、第３半導体領域１３におけるキャリア濃度は、一定以上の値に設定される。一方、第３半導体領域１３におけるキャリア濃度が高くなると、終端部において、動作中において、空乏層の延びが小さくなる。このため、電界が集中し、耐圧が低下する。

実施形態においては、側壁膜４５により、第３半導体領域１３において、Ｘ軸方向に沿ってキャリア濃度の差異が設けられる。終端部の領域において、キャリア濃度が低くできる。例えば、空乏層が広がり易くなり、電界集中が抑制される。これにより、耐圧を向上できる。

実施形態においては、第３半導体領域１３において形成されるキャリア濃度の差異は、第３半導体領域１３の少なくとも横の位置（Ｘ軸方向で重なる位置）に設けられる側壁膜４５に基づく。一方、第３半導体領域１３とＺ軸方向で重なる領域の少なくとも一部においては、側壁膜４５は設けられない。これにより、Ｘ軸方向における水素濃度の差異が形成できる。

例えば、側壁膜４５における水素濃度は、絶縁膜３１における水素濃度よりも高い。または、絶縁膜３１は、実質的に水素を含まない。例えば、絶縁膜３１における水素濃度は、検出限界未満である。

例えば、側壁膜４５における水素濃度は、第１絶縁領域４１における水素濃度よりも高い。または、第１絶縁領域４１は、実質的に水素を含まない。例えば、第１絶縁領域４１における水素濃度は、検出限界未満である。

例えば、側壁膜４５における水素濃度は、第２絶縁領域４２における水素濃度よりも高い。または、第２絶縁領域４２は、実質的に水素を含まない。例えば、第２絶縁領域４２における水素濃度は、検出限界未満である。

上記の水素濃度、及び、水素の有無は例えば、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）などにより得られる。

このような第３半導体領域１３に設けられる水素濃度の差異の例について説明する。
図１（ｂ）に示すように、第３半導体領域１３は、例えば、第１位置１３ａ及び第２位置１３ｂを有する。第２位置１３ｂは、第１位置１３ａと第２電極領域２２ｂとの間にある。第３半導体領域１３中の第１位置１３ａにおける第１水素濃度は、第３半導体領域１３中の第２位置１３ｂにおける第２水素濃度よりも低い。

第３半導体領域１３は、第３位置１３ｃをさらに有する。第３位置１３ｃは、第１位置１３ａと第２位置１３ｂとの間にある。第３半導体領域１３中の第３位置１３ｃにおける第３水素濃度は、上記の第１水素濃度と上記の第２水素濃度との間にある。

例えば、第１水素濃度は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である。例えば、第２水素濃度は、１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^２２／ｃｍ^３以下である。このような水素濃度の差異が設けられることで、電界集中が抑制され、耐圧を向上できる。

第３半導体領域１３中の第２位置１３ｂは、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２位置１３ｂにおいては、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つと、水素と、の結合を有しても良い。このような結合により、例えば、不純物が不活性となる。

このような水素濃度の差異により、キャリア濃度の差異が設けられる。これにより、導電率の差異が設けられる。以下、第３半導体領域１３に設けられる導電率の差異の例について説明する。

図１（ｂ）に示すように、第３半導体領域１３は、例えば、第１位置１３ａ及び第２位置１３ｂを有する。第２位置１３ｂは、第１位置１３ａと第２電極領域２２ｂとの間にある。第３半導体領域１３中の第１位置１３ａにおける第１導電率は、第３半導体領域１３中の第２位置１３ｂにおける第２導電率よりも高い。第３半導体領域１３中の第３位置１３ｃにおける第３導電率は、上記の第１導電率と上記の第２導電率との間にある。

例えば、第１導電率は、１×１０^−１Ωｃｍ以上１×１０^１Ωｃｍ以下である。例えば、第２導電率は、１×１０^−４Ωｃｍ以上１×１０^−１Ωｃｍ未満である。

実施形態において、導電率に関する情報は、例えば、ＳＳＲＭ（Scanning Spreading Resistance Microscopy）による評価などにより得られる。

このような導電率の差異により、電界集中が抑制され、耐圧を向上できる。

実施形態において、第３半導体領域１３中における水素濃度の差異は、例えば、側壁膜４５からの水素の移動により得られる。側壁膜４５中に存在していた水素の実質的に全てが第３半導体領域１３に移動した場合は、側壁膜４５における水素濃度が他の絶縁膜（例えば絶縁膜３１など）と同じ場合があっても良い。このときにおいても、第３半導体領域１３中の第１位置１３ａにおける第１水素濃度は、第３半導体領域１３中の第２位置１３ｂにおける第２水素濃度よりも低い。第３半導体領域１３中の第１位置１３ａにおける第１導電率は、第３半導体領域１３中の第２位置１３ｂにおける第２導電率よりも高い。これにより、耐圧を向上できる。

実施形態において、第１電極２１の第１電極膜２１ａは、例えば、チタン、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タングステン及び窒化タンタルからなる群から選択された少なくとも１つを含む。を含む。第１電極２１の第２電極膜２１ｂは、例えば、アルミニウム、チタン、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タングステン及び窒化タンタルからなる群から選択された少なくとも１つを含む。導電層２２ｐは、例えば、チタン、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル及びパラジウムからなる群から選択された少なくとも１つを含む。導電層２２ｑは、例えば、アルミニウム、チタン、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、金及び白金からなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２電極２２は、例えば、アルミニウム、チタン、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、金及び白金からなる群から選択された少なくとも１つを含む。第３電極２３は、例えば、アルミニウム、チタン、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、金及び白金からなる群から選択された少なくとも１つを含む。

第４半導体領域１４は、例えば、ｎ^＋層である。第１半導体領域１１は、例えば、ｎ⁻層である。第２半導体領域１２は、例えば、ｎ^＋層である。ｎ^＋層におけるｎ形不純物濃度（キャリア濃度）は、ｎ⁻層におけるｎ形不純物濃度（キャリア濃度）よりも高い。

（第２実施形態）
第２の実施形態は、半導体装置の製造方法に係る。
図２（ａ）〜図２（ｃ）及び図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。

図２（ａ）に示すように、積層体ＳＢを準備する。積層体ＳＢは、第１導電形の第１半導体膜１１ｆと、第１半導体膜１１ｆの上に設けられた第２導電形の第３半導体膜１３ｆと、第３半導体膜１３ｆの上に設けられた第１導電形の第２半導体膜１２ｆと、を含む。この例では、第５半導体領域１５（半導体基板）の上に、第４半導体領域１４が設けられている。第４半導体領域１４の上に、第１半導体膜１１ｆが設けられる。これらの半導体膜は、例えばエピタキシャル成長により形成される。第１半導体膜１１ｆは、第１半導体領域１１となる。第３半導体膜１３ｆは、第３半導体領域１３となる。第２半導体膜１２ｆは、第２半導体領域１２となる。

図２（ｂ）に示すように、積層体ＳＢの一部に第１トレンチＴ１を形成する。第１トレンチＴ１は、例えば、第１半導体膜１１ｆの一部に到達する。この第１トレンチＴ１の内壁（側壁及び底面）に絶縁膜３１を形成する。この後、第１トレンチＴ１の残余の空間に第１電極膜２１ａを形成する。第１トレンチＴ１は、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により形成される。絶縁膜３１は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成される。第１電極膜２１ａは、例えば、スパッタリングにより形成される。

図２（ｃ）に示すように、積層体ＳＢの別の一部に第２トレンチＴ２を形成する。第２トレンチＴ２は、例えば、ＲＩＥにより形成される。これにより、第１半導体領域１１が形成される。

図３（ａ）に示すように、第２トレンチＴ２の側面に、水素を含む側壁膜４５ｆを形成する。例えば、第２トレンチＴ２が形成された積層体ＳＢの全面に、側壁膜４５ｆとなる膜を形成し、この膜をリソグラフィ及びエッチングにより加工する。これにより、側壁膜４５ｆが形成される。この側壁膜４５ｆと絶縁膜３１との間に、第３半導体領域１３が位置する。この例では、側壁膜４５ｆは、第２半導体膜１２ｆのうちの絶縁膜３１の側の部分の上には設けられていない。この例では、側壁膜４５ｆは、第２半導体膜１２ｆのうちの第２トレンチＴ２の側の部分の一部の上にも設けられている。実施形態において、側壁膜４５ｆは、第２半導体膜１２ｆの上に設けられなくても良い。

この後、熱処理を行う。この熱処理は、例えば、８００℃〜１０００℃で所定の時間行われる。これにより、側壁膜４５ｆに含まれた水素が第３半導体膜１３ｆ中に移動する。これにより、第３半導体領域１３が形成される。これにより、実施形態に係る半導体装置が得られる。

この例では、以下に説明するように、側壁膜４５ｆの形成と熱処置との間に、第２電極２２をさらに形成する。

図３（ｂ）に示すように、導電層２２ｐを形成し、導電層２２ｑを形成する。さらに。層間絶縁膜４０を形成する。層間絶縁膜４０は、第１絶縁領域４１及び第２絶縁領域４２などを含む。

図３（ｃ）に示すように、第２電極２２を形成する。第２電極２２となる導電膜の一部は、第１電極２１の第２電極膜２１ｂとなる。第２電極２２は、第２半導体膜１２ｆ及び第３半導体膜１３ｆと電気的に接続される。

この後、上記の熱処理を行う。この熱処理は、導電層２２ｐ、導電層２２ｑ、及び、第２電極２２となる導電膜のアニール処理の機能も有する。これにより、低抵抗の電気的接続が得られる。

このように、この例では、側壁膜４５ｆの形成と、熱処置と、の間に、第２電極２２の形成が行われる。

実施形態において、熱処理は、第２電極２２の形成の前に実施されても良い。

上記の製造方法においては、積層体ＳＢに含まれる第３半導体膜１３ｆの側面に、水素を含む側壁膜４５ｆが設けられる。その後の熱処理により、側壁膜４５ｆに含まれる水素が第３半導体膜１３ｆに移動する。これにより、第３半導体膜１３ｆにおいて、キャリア濃度の差異が形成される。

例えば、第３半導体膜１３ｆを形成した後、第３半導体膜１３ｆの上から部分的に水素を導入する参考例が考えられる。例えば、マスクを用いたイオン注入などの方法により、水素の導入量を面内で変化させることが考えられる。しかしながら、このような方法の場合には、第３半導体膜１３ｆに格子欠陥が生じやすい。このため、結晶品質が低くなり、例えば、耐圧などに悪影響が生じる。

これに対して、実施形態においては、積層体ＳＢに含まれる第３半導体膜１３ｆの側面に、水素を含む側壁膜４５ｆを設け、側壁膜４５ｆに含まれる水素を第３半導体膜１３ｆに移動させる。このため、上記のような格子欠陥などが抑制できる。

本実施形態によれば、耐圧を向上できる半導体装置の製造方法を提供することができる。

（第３実施形態）
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部を拡大した断面図である。

これらの図に示すように、本実施形態に係る半導体装置１１１も、第１半導体領域１１、第２半導体領域１２、第３半導体領域１３、第１電極２１、第２電極２２、絶縁膜３１及び側壁膜４５を含む。半導体装置１１１においては、第１絶縁領域４１が設けられ、第２絶縁領域４２が設けられない。これ以外は、半導体装置１１０と同様である。

半導体装置１１１においても、水素を含む側壁膜４５により、第３半導体領域１３において、キャリア濃度の差異が設けられる。これにより、電界集中が抑制される。これにより、耐圧を向上できる。

図４（ｂ）に示すように、半導体装置１１１においても、第３半導体領域１３は、例えば、第１位置１３ａ及び第２位置１３ｂを有する。第２位置１３ｂは、第１位置１３ａと第２電極領域２２ｂとの間にある。第３半導体領域１３中の第１位置１３ａにおける第１水素濃度は、第３半導体領域１３中の第２位置１３ｂにおける第２水素濃度よりも低い。

第３半導体領域１３は、第３位置１３ｃをさらに有する。第３位置１３ｃは、第１位置１３ａと第２位置１３ｂとの間にある。第３半導体領域１３中の第３位置１３ｃにおける第３水素濃度は、上記の第１水素濃度と上記の第２水素濃度との間にある。

例えば、第１水素濃度は１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である。例えば、第２水素濃度は、１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^２２／ｃｍ^３以下である。このような水素濃度の差異が設けられることで、電界集中が抑制され、耐圧を向上できる。

半導体装置１１１においても、第３半導体領域１３中の第１位置１３ａにおける第１導電率は、第３半導体領域１３中の第２位置１３ｂにおける第２導電率よりも高い。第３半導体領域１３中の第３位置１３ｃにおける第３導電率は、上記の第１導電率と上記の第２導電率との間にある。

例えば、第１導電率は、１×１０^−１Ωｃｍ以上１×１０^１Ωｃｍ以下である。例えば、第２導電率は、１×１０^−４Ωｃｍ以上１×１０^−１Ωｃｍ未満である。

このような導電率の差異により、電界集中が抑制され、耐圧を向上できる。

（第４実施形態）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第４実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図５（ａ）に示すように、半導体装置１２０においては、第５半導体領域１５Ａが設けられる。この例では、第５半導体領域１５Ａは、第２導電形（例えばｐ形）である。これ以外は、半導体装置１１０と同様である。

図５（ｂ）に示すように、半導体装置１２１においても、第５半導体領域１５Ａが設けられる。第５半導体領域１５Ａは、第２導電形（例えばｐ形）である。これい以外は、半導体装置１１１と同様である。

半導体装置１２０及び１２１においても、電界集中が抑制され、耐圧を向上できる。

実施形態によれば、耐圧を向上できる半導体装置及びその製造方法を提供することができる。

本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。

本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる半導体領域、電極、側壁膜及び絶縁膜などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…第１半導体領域、 １１ａ〜１１ｃ…第１〜第３部分領域、 １１ｆ…第１半導体膜、 １２…第２半導体領域、 １２ｆ…第２半導体膜、 １２ｐ、１２ｑ…第１、第２導電層、 １３…第３半導体領域、 １３ａ〜１３ｃ…第１〜第３位置、 １３ｆ…第３半導体膜、 １４…第４半導体領域、 １５、１５Ａ…第５半導体領域、 ２１…第１電極、 ２１ａ、２１ｂ…第１、第２電極膜、 ２２…第２電極、 ２２ａ〜２２ｃ…第１〜第３電極領域、 ２２ｐ、２２ｑ…導電層、 ２３…第３電極、 ３１…絶縁膜、 ４０…層間絶縁膜、 ４１、４２…第１、第２絶縁領域、 ４５、４５ｆ…側壁膜、 １１０、１１１、１２０、１２１…半導体装置、 Ｄ１〜Ｄ３…第１〜第３方向、 ＳＢ…積層体、 Ｔ１、Ｔ２…第１、第２トレンチ

Claims (9)

1. 第１部分領域と、第２部分領域と、前記第１部分領域と前記第２部分領域との間に位置する第３部分領域と、を含み第１導電形の第１半導体領域と、
   前記第１部分領域及び前記第２部分領域を結ぶ第１方向と交差する第２方向において前記第１部分領域から離れた第１電極と、
   第２電極であって、前記第２方向において前記第３部分領域から離れた第１電極領域と、前記第２方向において前記第２部分領域から離れた第２電極領域と、を含む前記第２電極と、
   前記第２方向において前記第３部分領域と前記第１電極領域との間に設けられ前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極領域との間に設けられ前記第２電極と電気的に接続された前記第１導電形の第２半導体領域と、
   前記第２方向において前記第３部分領域と前記第２半導体領域との間に設けられ前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極領域との間に設けられ前記第２電極と電気的に接続された第２導電形の第３半導体領域と、
   前記第２方向において前記第１部分領域と前記第１電極の間、前記第１方向において前記第１電極と前記第２半導体領域との間、前記第１方向において前記第１電極と前記第３半導体領域との間に設けられた絶縁膜と、
   前記第１方向において前記第３半導体領域と前記第２電極領域との間に設けられ水素を含む側壁膜と、
   を備えた半導体装置。
2. 前記側壁膜における水素濃度は、前記絶縁膜における水素濃度よりも高い、
   または、
   前記絶縁膜は水素を含まない、請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第２方向において、前記第２半導体領域の少なくとも一部と、前記第１電極領域と、の間に設けられた第１絶縁領域をさらに備え、
   前記側壁膜における水素濃度は、前記第１絶縁領域における水素濃度よりも高い、
   または、
   前記第１絶縁領域は水素を含まない、請求項１記載の半導体装置。
4. 前記第３半導体領域中の第１位置における第１水素濃度は、前記第３半導体領域中の第２位置における第２水素濃度よりも低く、前記第２位置は前記第１位置と前記第２電極領域との間にある、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
5. 前記第３半導体領域中の第１位置における第１導電率は、前記第３半導体領域中の第２位置における第２導電率よりも高い、前記第２位置は前記第１位置と前記第２電極領域との間にある、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 第１部分領域と、第２部分領域と、前記第１部分領域と前記第２部分領域との間に位置する第３部分領域と、を含み第１導電形の第１半導体領域と、
   前記第１部分領域及び前記第２部分領域を結ぶ第１方向と交差する第２方向において前記第１部分領域から離れた第１電極と、
   第２電極であって、前記第２方向において前記第３部分領域から離れた第１電極領域と、前記第２方向において前記第２部分領域から離れた第２電極領域と、を含む前記第２電極と、
   前記第２方向において前記第３部分領域と前記第１電極領域との間に設けられ前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極領域との間に設けられ前記第２電極と電気的に接続された前記第１導電形の第２半導体領域と、
   前記第２方向において前記第３部分領域と前記第２半導体領域との間に設けられ前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極領域との間に設けられ前記第２電極と電気的に接続された第２導電形の第３半導体領域であって、前記第３半導体領域中の第１位置における第１水素濃度は、前記第３半導体領域中の第２位置における第２水素濃度よりも低く、前記第２位置は前記第１位置と前記第２電極領域との間にある、前記第３半導体領域と、
   前記第２方向において前記第１部分領域と前記第１電極の間、前記第１方向において前記第１電極と前記第２半導体領域との間、前記第１方向において前記第１電極と前記第３半導体領域との間に設けられた絶縁膜と、
   を備えた半導体装置。
7. 第１部分領域と、第２部分領域と、前記第１部分領域と前記第２部分領域との間に位置する第３部分領域と、を含み第１導電形の第１半導体領域と、
   前記第１部分領域及び前記第２部分領域を結ぶ第１方向と交差する第２方向において前記第１部分領域から離れた第１電極と、
   第２電極であって、前記第２方向において前記第３部分領域から離れた第１電極領域と、前記第２方向において前記第２部分領域から離れた第２電極領域と、を含む前記第２電極と、
   前記第２方向において前記第３部分領域と前記第１電極領域との間に設けられ前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極領域との間に設けられ前記第２電極と電気的に接続された前記第１導電形の第２半導体領域と、
   前記第２方向において前記第３部分領域と前記第２半導体領域との間に設けられ前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極領域との間に設けられ前記第２電極と電気的に接続された第２導電形の第３半導体領域であって、前記第３半導体領域中の第１位置における第１導電率は、前記第３半導体領域中の第２位置における第２導電率よりも高い、前記第２位置は前記第１位置と前記第２電極領域との間にある、前記第３半導体領域と、
   前記第２方向において前記第１部分領域と前記第１電極の間、前記第１方向において前記第１電極と前記第２半導体領域との間、前記第１方向において前記第１電極と前記第３半導体領域との間に設けられた絶縁膜と、
   を備えた半導体装置。
8. 前記第１半導体領域、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域は、窒化物半導体を含み、
   前記第２導電形は、ｐ形である、請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置。
9. 第１導電形の第１半導体膜と、前記第１半導体膜の上に設けられた第２導電形の第３半導体膜と、前記第３半導体膜の上に設けられた前記第１導電形の第２半導体膜と、を含む積層体を準備し、
   前記積層体の一部に形成した第１トレンチの内壁に絶縁膜を形成した後に残余の空間に第１電極を形成し、
   前記積層体の別の一部に形成した第２トレンチの側面に水素を含む側壁膜を形成し、前記側壁膜と前記絶縁膜との間に前記第３半導体領域が位置し、
   熱処理を行う、半導体装置の製造方法。

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