JP5658944B2 - Diode, motor drive circuit, three-phase motor, hybrid vehicle and automobile - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、禁制帯幅の異なるヘテロ接合体を有する半導体装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device having heterojunction bodies having different forbidden bandwidths.
窒化物半導体であるAlGaNとGaNとのへテロ接合体は、シリコンのpn接合部と比較して高い絶縁破壊電界と高いシートキャリア濃度とを有する。そこで、このようなヘテロ接合体をダイオードとして用いることにより、耐圧を向上させ、オン抵抗を低下させるといったダイオード性能の向上を図ることが提案されている。 A heterojunction of AlGaN and GaN, which is a nitride semiconductor, has a higher dielectric breakdown electric field and a higher sheet carrier concentration than a silicon pn junction. Thus, it has been proposed to improve the diode performance by using such a heterojunction as a diode to improve the breakdown voltage and reduce the on-resistance.
例えば、下記特許文献1には、GaN層(103)と、AlGaN層(104)とが積層されたヘテロ接合体を有する積層構造体と、この積層構造体の第一の端部に形成され、ヘテロ接合体とショットキー接続されるショットキー電極(106)と、この積層構造体の第二の端部に形成され、ヘテロ接合体とオーミック接続されるオーミック電極(107)とを有するショットキーバリアダイオードが開示されている。なお、上記かっこ内の符号は、特許文献1に記載の符号である。
For example, in the following
本発明者は、禁制帯幅の異なる半導体膜を積層させたヘテロ接合体を、半導体装置、特に、ダイオードとして用いることで、その特性を向上させることを検討している。 The present inventor is considering improving the characteristics of a heterojunction in which semiconductor films having different forbidden bandwidths are stacked as a semiconductor device, particularly a diode.
しかしながら、本発明者が検討したところ、追って詳細に説明するように、ヘテロ接合体の加工(ドライエッチング)の際、その側壁端部から露出する半導体膜(例えばGaN層)に欠陥が生じやすく、その特性が劣化するという課題があった。特に、ダイオードを逆バイアスした際に、リーク電流が発生しやすく、所定の耐圧を確保できないという課題があった。 However, when the present inventors examined, as will be described in detail later, when processing the heterojunction (dry etching), defects are likely to occur in the semiconductor film (for example, GaN layer) exposed from the end of the side wall, There existed the subject that the characteristic deteriorated. In particular, when the diode is reverse-biased, there is a problem that a leak current is likely to occur and a predetermined breakdown voltage cannot be secured.
上記課題に鑑み、本発明の目的は、半導体装置の特性を向上させることができる技術を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the characteristics of a semiconductor device.
また、本発明の他の目的は、半導体装置の特性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of improving the characteristics of the semiconductor device.
本発明の上記目的およびその他の目的と新規な特徴は、本願明細書の記載および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、禁制帯幅の異なる第1膜と第2膜とが積層されたヘテロ接合部を少なくとも一つ有する第1積層体を有する。そして、さらに、第1積層体と同層の積層物よりなる第2積層体と、第1積層体と第2の積層体との間に設けられた溝と、を有し、さらに、溝内部を含み第1積層体の上部から第2積層体の上部まで延在するように配置され、第1積層体の第1側壁に接するように配置され、第1積層体との間にショットキー接続される第1電極と、第1積層体の第1側壁と対向する第2側壁に接するように配置された第2電極と、を有する。 Among the inventions disclosed in the present application, the semiconductor device shown in a representative embodiment includes a first stacked layer having at least one heterojunction in which a first film and a second film having different forbidden band widths are stacked. Have a body. And a second laminated body made of a laminate of the same layer as the first laminated body, and a groove provided between the first laminated body and the second laminated body. Is disposed so as to extend from the top of the first stacked body to the top of the second stacked body, and is disposed so as to be in contact with the first sidewall of the first stacked body, and is connected to the first stacked body by a Schottky connection. And a second electrode disposed so as to be in contact with the second side wall facing the first side wall of the first stacked body.
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法は、基板の上方に禁制帯幅の異なる第1膜と第2膜とを繰り返し積層することにより積層膜を形成する工程と、積層膜を選択的に除去することにより、環状の領域に配置され、積層膜のうちの最下層の第1膜を底面に露出する溝を形成するとともに、領域の外側に第1積層体を残存させ、領域の内側に第2積層体を残存させる工程と、溝内部に充填され、第1積層体の上部から第2積層体の上部まで延在し、第1積層体の第1側壁に接する第1電極を形成する工程と、第1積層体の第1側壁と対向する第2側壁に接する第2電極を形成する工程と、を有する。 Among the inventions disclosed in the present application, a method for manufacturing a semiconductor device shown in a representative embodiment includes a stacked film by repeatedly stacking a first film and a second film having different forbidden bandwidths above a substrate. Forming the groove and selectively removing the laminated film to form a groove that is disposed in the annular region and exposes the first film of the lowermost layer of the laminated film on the bottom surface, and on the outside of the region A step of leaving the first laminated body and leaving the second laminated body inside the region; filling the inside of the groove; and extending from an upper part of the first laminated body to an upper part of the second laminated body. Forming a first electrode in contact with the first side wall, and forming a second electrode in contact with the second side wall facing the first side wall of the first stacked body.
本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。 Among the inventions disclosed in the present application, according to the semiconductor device described in the following representative embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be improved.
また、本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法によれば、特性の良好な半導体装置を製造することができる。 In addition, among the inventions disclosed in the present application, according to the method for manufacturing a semiconductor device shown in the following representative embodiment, a semiconductor device with good characteristics can be manufactured.
以下、図面を参照しながら、本発明を示す実施の形態について詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments illustrating the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. Are partly or entirely modified, application examples, detailed explanations, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。 Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numbers and the like (including the number, numerical value, quantity, range, etc.).
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same or related reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。 In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.
(実施の形態1)
図1および図2を参照しながら、本実施の形態の半導体装置(ショットキーバリアダイオード)の構成について説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置の断面斜視図であり、図2は、本実施の形態の半導体装置の上面図である。図1は、例えば、図2のA−A断面に対応する。
(Embodiment 1)
The configuration of the semiconductor device (Schottky barrier diode) of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of the semiconductor device of the present embodiment, and FIG. 2 is a top view of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 1 corresponds to, for example, the AA cross section of FIG.
図1および図2に示すように、本実施の形態の半導体装置は、基板103と、バッファ層105と、積層体(積層構造体)Hと、ダミー積層体(ダミーパターン)Dと、積層体Hおよびダミー積層体Dの上部に積層された絶縁膜111と、第1電極(ショットキー電極)SEと、第2電極(オーミック電極)OHEとを有する。積層体Hとダミー積層体Dとの間には溝(凹部)Gが配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device of the present embodiment includes a
基板103は、例えば、Si(シリコン)基板である。Si基板の他、GaN基板、SiC基板、サファイア基板などを用いてもよい。
The
バッファ層(緩衝層、応力緩和層)105は、基板103上に配置され、例えば、アンドープAlGaN層よりなる。なお、アンドープとは、n型またはp型の不純物を含有していない、または、不純物を含有していてもその濃度が低濃度であることを意味する。このバッファ層は、基板103と、この上部の積層体Hおよびダミー積層体Dとの積層による応力緩和のために形成される。アンドープAlGaN層の他、AlN層等を用いてもよく、積層した場合に生じる膜応力(例えば、膜の反り(凸または凹))と逆応力を有する膜をバッファ層105として用いればよい。
The buffer layer (buffer layer, stress relaxation layer) 105 is disposed on the
積層体Hは、禁制帯幅は異なるが、積層面内において格子整合する半導体膜が繰り返し積層された構造を有する。積層体Hを構成する半導体膜は、化合物半導体であり、例えば、窒化系化合物半導体であるGaN膜およびAlGaN膜などを用いることができる。具体的に、積層体Hは、下層からGaN膜107a1、AlGaN膜109a1、GaN膜107a2およびAlGaN膜109a2を有する。 The stacked body H has a structure in which semiconductor films that are lattice-matched in a stacked surface are repeatedly stacked although the forbidden band width is different. The semiconductor film constituting the stacked body H is a compound semiconductor. For example, a GaN film and an AlGaN film that are nitride compound semiconductors can be used. Specifically, the stacked body H includes a GaN film 107a1, an AlGaN film 109a1, a GaN film 107a2, and an AlGaN film 109a2 from the lower layer.
積層体HのGaN膜107a1とAlGaN膜109a1は、ヘテロ接合体Ha1を構成し、GaN膜107a2とAlGaN膜109a2は、ヘテロ接合体Ha2を構成する。ここで、GaNの禁制帯幅は、AlGaNの禁制帯幅より小さく、1つのヘテロ接合体においては、禁制帯幅の大きい膜が上層に配置される。 The GaN film 107a1 and the AlGaN film 109a1 of the stacked body H constitute a heterojunction body Ha1, and the GaN film 107a2 and the AlGaN film 109a2 constitute a heterojunction body Ha2. Here, the forbidden band width of GaN is smaller than the forbidden band width of AlGaN, and in one heterojunction, a film having a large forbidden band width is disposed in the upper layer.
このように、禁制帯幅は異なるが、格子整合を有する半導体膜を接合させる。ここでは、GaN膜とAlGaN膜を例に説明する。GaNおよびAlGaNをc軸方向に積層する場合、積層面におけるGaNの格子定数は、0.3189nmであり、AlNの格子定数0.3114nmと近似しており、さらに、AlGaNの格子定数は、AlNの格子定数とGaNの格子定数の間の組成比に応じた値であって、GaNの格子定数と近似の値をとる。よって、GaN膜とAlGaN膜とは、連続した結晶として成長させること(成膜すること)が可能である。一方、これらの膜の禁制帯幅の差により、GaN膜側の界面近傍に電子層(チャネル)が生じる(図1中の破線参照)。この電子層を二次元電子ガスと呼び、例えば、AlGaN/GaNヘテロ構造の場合、1013(cm−2)オーダーの高濃度の電子層が得られるため、オン抵抗の低減を図ることができる。さらに、複数のヘテロ接合体(Ha1、Ha2)を積層することにより、オン抵抗のさらなる低減を図ることができる。 As described above, the semiconductor films having lattice matching are joined although the forbidden band width is different. Here, a GaN film and an AlGaN film will be described as an example. When GaN and AlGaN are stacked in the c-axis direction, the lattice constant of GaN on the stacked surface is 0.3189 nm, which is close to the lattice constant of AlN of 0.3114 nm, and the lattice constant of AlGaN is that of AlN. It is a value according to the composition ratio between the lattice constant and the lattice constant of GaN, and takes an approximate value to the lattice constant of GaN. Therefore, the GaN film and the AlGaN film can be grown (formed) as continuous crystals. On the other hand, due to the difference in the forbidden band width of these films, an electron layer (channel) is generated in the vicinity of the interface on the GaN film side (see the broken line in FIG. 1). This electron layer is called a two-dimensional electron gas. For example, in the case of an AlGaN / GaN heterostructure, a high-concentration electron layer on the order of 10 13 (cm −2 ) can be obtained, so that the on-resistance can be reduced. Further, by stacking a plurality of heterojunctions (Ha1, Ha2), it is possible to further reduce the on-resistance.
ダミー積層体Dは、積層体Hと同層の積層膜よりなり、この場合も、禁制帯幅は異なるが、格子整合を有する半導体膜が繰り返し積層された構造を有することとなる。しかしながら、接する電極が第1電極SEのみであり、電位差が生じないためダイオード動作は行われない。このダミー積層体Dは、下層からGaN膜107a1、AlGaN膜109b1、GaN膜107b2およびAlGaN膜109b2を有する。 The dummy stacked body D is composed of a stacked film in the same layer as the stacked body H. In this case, the dummy stacked body D also has a structure in which semiconductor films having lattice matching are repeatedly stacked although the forbidden band width is different. However, since the electrode in contact is only the first electrode SE and no potential difference occurs, the diode operation is not performed. The dummy laminate D includes a GaN film 107a1, an AlGaN film 109b1, a GaN film 107b2, and an AlGaN film 109b2 from the lower layer.
積層体Hの上部およびダミー積層体Dの上部には、絶縁膜111が配置されている。
An insulating
また、積層体Hとダミー積層体Dとの間には、幅Wの溝Gが設けられている。この溝Gの底面には、最下層のGaN膜107a1が露出している。また、この溝Gの内部には、第1電極SEが充填されることで、積層体Hの第1側壁(後述する領域aの内側)と第1電極SEが接することとなる。第1電極SEは、積層体H上の絶縁膜111上から、溝Gの内部を埋め込むよう配置され、さらに、ダミー積層体D上の絶縁膜111上まで延在するよう配置されている。
Further, a groove G having a width W is provided between the stacked body H and the dummy stacked body D. On the bottom surface of the groove G, the lowermost GaN film 107a1 is exposed. Further, the inside of the groove G is filled with the first electrode SE, so that the first electrode SE comes into contact with the first side wall (inside a region a described later) of the stacked body H. The first electrode SE is disposed so as to fill the inside of the groove G from the insulating
また、積層体Hの第1側壁と対向する第2側壁(後述する領域aの外側)には、第2電極(オーミック電極)OHEが接するよう配置されている。具体的には、第2電極OHEは、積層体H上の絶縁膜111上から上記第2側壁の方向へ、当該第2側壁と接するよう配置され、さらに、最下層のGaN膜107a1上まで延在している。
In addition, a second electrode (ohmic electrode) OHE is disposed in contact with a second side wall (outside a region a to be described later) facing the first side wall of the multilayer body H. Specifically, the second electrode OHE is arranged in contact with the second side wall from the insulating
上記第1電極SEは、積層体Hを構成する半導体膜と接しショットキー障壁を生じさせるショットキー電極である。また、上記第2電極OHEは、積層体Hを構成する半導体膜と接し、電圧−電流特性が比較的直線的な特性(オーミック特性)を有するオーミック電極である。 The first electrode SE is a Schottky electrode that is in contact with the semiconductor film constituting the stacked body H and generates a Schottky barrier. The second electrode OHE is an ohmic electrode that is in contact with the semiconductor film constituting the stacked body H and has a relatively linear characteristic (ohmic characteristic) in voltage-current characteristics.
第1電極(ショットキー電極)SEとしては、例えば、Ni/Auの積層電極、Pt/Auの積層電極、Pd/Auの積層電極等が用いられる。また、第2電極(オーミック電極)OHEとしては、例えば、Ti/Alの積層電極などが用いられる。 As the first electrode (Schottky electrode) SE, for example, a Ni / Au laminated electrode, a Pt / Au laminated electrode, a Pd / Au laminated electrode, or the like is used. Further, as the second electrode (ohmic electrode) OHE, for example, a Ti / Al laminated electrode is used.
ここで、積層体H、ダミー積層体Dおよび溝Gの形成領域(上面からの平面視における形状、パターン形状)について、図2を参照しながら説明する。 Here, the formation area (the shape in a plan view from the upper surface, the pattern shape) of the stacked body H, the dummy stacked body D, and the groove G will be described with reference to FIG.
図2に示すように、積層体Hは、環状の領域aに配置され、溝Gは、環状の領域aの内側に沿った環状の領域cに配置され、ダミー積層体Dは、環状の領域cの内部の略円形の領域bに配置されている。立体的に見れば、積層体Hは、筒状に、ダミー積層体Dは、積層体Hよりなる筒の内側に、円柱状に配置される。また、第1電極SEは、領域cより一回り大きい円形の領域に形成され、第2電極OHEは、第1電極SEを取り囲む環状の領域に形成されている。なお、環状の領域aの外側の領域を領域dとする。 As shown in FIG. 2, the stacked body H is disposed in the annular region a, the groove G is disposed in the annular region c along the inside of the annular region a, and the dummy laminate D is formed in the annular region a. It arrange | positions in the substantially circular area | region b inside c. When viewed three-dimensionally, the laminated body H is arranged in a cylindrical shape, and the dummy laminated body D is arranged in a cylindrical shape inside a cylinder made of the laminated body H. The first electrode SE is formed in a circular region that is slightly larger than the region c, and the second electrode OHE is formed in an annular region surrounding the first electrode SE. A region outside the annular region a is defined as a region d.
このように、上記構成においては、第1および第2電極(SE、OHE)と積層体Hとを側壁で接触させたので、低抵抗な接合を実現することが可能となる。さらに、第1電極SEと電子層が略垂直に交差することとなり、これらの間に平行平板キャパシタが形成されず、容量の低減を図ることができる。 Thus, in the above configuration, since the first and second electrodes (SE, OHE) and the stacked body H are brought into contact with each other on the side wall, it is possible to realize low-resistance bonding. Furthermore, the first electrode SE and the electron layer intersect each other substantially perpendicularly, so that no parallel plate capacitor is formed between them, and the capacitance can be reduced.
さらに、積層体Hとダミー積層体Dとの間に溝Gを設け、この溝Gの内部に第1電極SEを埋め込む構成としたので、積層体Hの加工の際、すなわち、溝Gの形成の際、ドライエッチングによる衝撃により積層体Hの両側(領域c)にドライエッチングなどによる衝撃が加わっても、溝Gの底部は小面積であるため、溝Gの底面に結晶欠陥が生じる確率は小さい。よって、欠陥部と第1電極SEが接触することによるリーク電流、特に、半導体装置(ダイオード)を逆バイアスする場合、例えば、第2電極OHEを接地電位(0V)とし、第1電極SEに高電圧を印加する場合のリーク電流(以下、「逆リーク電流」という)を低減することができる。 Further, since the groove G is provided between the stacked body H and the dummy stacked body D, and the first electrode SE is embedded in the groove G, the processing of the stacked body H, that is, formation of the groove G is performed. At this time, even if impact due to dry etching or the like is applied to both sides (region c) of the laminate H due to impact due to dry etching, the bottom of the groove G has a small area. small. Therefore, when a reverse current is applied to the leakage current caused by contact between the defective portion and the first electrode SE, particularly the semiconductor device (diode), for example, the second electrode OHE is set to the ground potential (0 V), and the first electrode SE is Leakage current (hereinafter referred to as “reverse leakage current”) when a voltage is applied can be reduced.
なお、第2電極OHE側は、オーミック接触のため、高電界は印加されない。そのため、逆リーク電流の問題は考慮する必要がなく、第2電極OHE側には、ダミー積層体Dおよび溝Gを形成する必要性は少ない。 Note that a high electric field is not applied to the second electrode OHE side because of ohmic contact. Therefore, there is no need to consider the problem of reverse leakage current, and there is little need to form the dummy stacked body D and the groove G on the second electrode OHE side.
次いで、図3〜図8を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図3〜図8は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図または上面図である。 Next, the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 8 and the configuration of the semiconductor device will be further clarified. 3 to 8 are main-portion cross-sectional views or top views showing the manufacturing steps of the semiconductor device of the present embodiment.
図3に示すように、基板103として例えばSi基板を準備し、基板103上にバッファ層105として例えば、AlGaN層を気相エピタキシー法を用いて2μm程度の膜厚で成膜する。この際、不純物化合物を成膜装置内に導入せず、アンドープ層とする。続いて、バッファ層105上に、化合物半導体膜としてGaN膜107を気相エピタキシー法を用いて2μm程度の膜厚で、成膜する。次いで、AlGaN膜109を気相エピタキシー法を用いて20nm程度の膜厚で成膜する。さらに、AlGaN膜109上にGaN膜107を20nm程度の膜厚で成膜した後、AlGaN膜109を20nm程度の膜厚で成膜する。前述したとおり、GaN膜とAlGaN膜は、格子定数が近似しており、気相エピタキシー法において原料ガスを調整するだけで、連続した結晶として成膜することが可能である。
As shown in FIG. 3, for example, a Si substrate is prepared as the
ここで、AlGaN膜109については、AlNのモル比が0.15となるよう、供給ガスの組成および量を調整する。AlNのモル比が0.15とは、AlGaN中に、AlNが0.15モル、GaNが0.85モルの割合で混晶していることを意味する。
Here, for the
次いで、AlGaN膜109上に、絶縁膜111として例えば酸化シリコン膜をCVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法で堆積する。
Next, a silicon oxide film, for example, is deposited as an insulating
次いで、絶縁膜111上に図示しないフォトレジスト膜を形成し、露光・現像する(フォトリスグラフィ)ことにより、所定の領域(ここでは、領域aおよび領域b)にフォトレジスト膜を残存させる。次いで、残存するフォトレジスト膜をマスクに、絶縁膜111をエッチングし、フォトレジスト膜を除去する。以下このような、所定の形状の膜を形成し、当該膜をマスクとしてエッチング(選択的に除去)することにより所望の形状のパターンを形成する工程をパターニングという。このパターニング工程により、絶縁膜111が、領域aおよび領域bに形成される(図4)。
Next, a photoresist film (not shown) is formed on the insulating
次いで、図5および図6に示すように、領域aおよび領域bに残存する絶縁膜111をマスクに、GaN膜107およびAlGaN膜109の積層膜を、最下層のGaN膜107の表面から所定の深さまでドライエッチングする。ドライエッチングとしては、例えば、塩素プラズマを用いたドライエッチングを用いる。ここで、環状の領域aと円形の領域bとの間には、幅Wの環状の領域cが存在するため、領域cには、溝Gが形成される。領域cの幅(W)、即ち、溝Gの幅は、例えば1μm程度とする。この溝Gの底面には、最下層のGaN膜107a1が露出している。また、領域aの外側(領域d)においても、最下層のGaN膜107a1が露出している。また、このエッチング工程により、領域aに積層体Hが形成され、領域bに積層体Hと同層の膜よりなるダミー積層体Dが形成される。領域aの幅、即ち、積層体Hの第1側壁と第2側壁との間隔は、例えば10μmとする。なお、このドライエッチングの際、絶縁膜111の表面もエッチングされ、その最終膜厚は0.7μm程度となる。
Next, as shown in FIGS. 5 and 6, using the insulating
ここで、領域aに積層体Hとして残存する膜を、GaN膜107a1、AlGaN膜109a1、GaN膜107a2およびAlGaN膜109a2と、領域bにダミー積層体Dとして残存する膜を、GaN膜107a1、AlGaN膜109b1、GaN膜107b2およびAlGaN膜109b2とする。上記積層体Hにおいては、GaN膜107a1とAlGaN膜109a1よりなるヘテロ接合体Ha1と、GaN膜107a2とAlGaN膜109a2よりなるヘテロ接合体Ha2を有することとなる。 Here, the film remaining as the stacked body H in the region a is the GaN film 107a1, the AlGaN film 109a1, the GaN film 107a2, and the AlGaN film 109a2, and the film remaining as the dummy stacked body D in the region b is the GaN film 107a1, AlGaN. A film 109b1, a GaN film 107b2, and an AlGaN film 109b2 are used. The stacked body H has a heterojunction body Ha1 composed of the GaN film 107a1 and the AlGaN film 109a1, and a heterojunction body Ha2 composed of the GaN film 107a2 and the AlGaN film 109a2.
次いで、図7に示すように、少なくとも溝Gを埋め込み、ダミー積層体Dを覆うように第1電極SEを形成する。具体的には、積層体H上の絶縁膜111上から、積層体Hの第1側壁に接するように溝Gの内部に配置され、さらに、ダミー積層体D上の絶縁膜111上まで延在するよう第1電極SEを形成する。即ち、領域b、領域cおよび領域aの内周に第1電極SEを形成する(図2参照)。この第1電極SEを形成する方法の一例としてリフトオフ法が挙げられる。例えば、第1電極SEの形成領域以外の領域に、フォトレジスト膜をフォトリソグラフィ法を用いて形成する。次いで、フォトレジスト膜上を含む基板103の全面上に、例えば、導電性膜として、ショットキー金属を堆積し、例えば、Ni/Auの積層膜を形成する。次いで、フォトレジスト膜をその上に堆積したNi/Auの積層膜とともに除去することにより、Ni/Auの積層膜を所望の領域にのみ残存させ、第1電極SEとすることができる。
Next, as shown in FIG. 7, the first electrode SE is formed so as to fill at least the groove G and cover the dummy stacked body D. Specifically, the insulating
次いで、図8に示すように、少なくとも積層体Hの第2側壁と接するよう第2電極OHEを形成する。ここでは、第2電極OHEは、積層体H上の絶縁膜111上から、積層体Hの第2側壁に接しつつ、最下層のGaN膜107a1上まで延在するよう形成される。即ち、領域aの外周および領域dに第2電極OHEが形成される(図2参照)。この第2電極OHEも、第1電極SEと同様にリフトオフ法を用いて形成することができる。例えば、第2電極OHEの形成領域以外の領域に、フォトレジスト膜をフォトリソグラフィ法を用いて形成する。次いで、フォトレジスト膜上を含む基板全面上に、例えば、導電性膜として、オーミック金属を堆積し、例えば、Ti/Alの積層膜を形成する。次いで、フォトレジスト膜をその上に堆積したTi/Alの積層膜とともに除去することにより、Ti/Alの積層膜を所望の領域にのみ残存させ、第2電極OHEとする。
Next, as illustrated in FIG. 8, the second electrode OHE is formed so as to be in contact with at least the second side wall of the stacked body H. Here, the second electrode OHE is formed so as to extend from the insulating
以上の工程により、図1および図2を参照ながら説明した本実施の形態の半導体装置が略完成する。 Through the above steps, the semiconductor device of the present embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2 is substantially completed.
このように、本実施の形態によれば、積層体Hと所定の距離W離間してダミー積層体Dを残存させる構成とし、積層体Hとダミー積層体Dとの間に形成された溝Gの内部に第1電極SEを埋め込むことで、積層体Hと第1電極SEとの側壁コンタクト(サイドコンタクト)を図ったので、第1電極SEと溝Gの底面との接触面積を縮小化することができる。よって、積層体Hのパターニングの際、ドライエッチングを行っても第1電極SE側に露出する最下層のGaN膜107a1の面積が小さいため、そこに生じる結晶欠陥を低減することができる。その結果、結晶欠陥と第1電極SEとの接触確率が低減でき、逆リーク電流の抑制を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the dummy laminated body D is left at a predetermined distance W from the laminated body H, and the groove G formed between the laminated body H and the dummy laminated body D is used. Since the side wall contact (side contact) between the stacked body H and the first electrode SE is achieved by embedding the first electrode SE in the inside, the contact area between the first electrode SE and the bottom surface of the groove G is reduced. be able to. Therefore, since the area of the lowermost GaN film 107a1 exposed on the first electrode SE side is small even when dry etching is performed during patterning of the stacked body H, crystal defects generated there can be reduced. As a result, the contact probability between the crystal defect and the first electrode SE can be reduced, and the reverse leakage current can be suppressed.
発明者の検討によれば、本実施の形態の半導体装置において、逆方向耐圧を測定したところ、1±0.1kVの良好な結果が得られた。 According to the inventors' investigation, when the reverse breakdown voltage was measured in the semiconductor device of the present embodiment, a good result of 1 ± 0.1 kV was obtained.
図30は、本実施の形態の比較例である半導体装置の断面図である。図30に示すように、溝Gおよびダミー積層体Dを設けず、第1電極SE側に、積層体Hのドライエッチングにおいて、ドライエッチングに晒された最下層のGaN膜107a1を広く露出させた場合、露出したGaN膜107a1の表面の結晶欠陥Aと第1電極SEの接触の確率が高くなり、逆リーク電流が増加してしまう。 FIG. 30 is a cross-sectional view of a semiconductor device which is a comparative example of the present embodiment. As shown in FIG. 30, the groove G and the dummy stacked body D are not provided, and the lowermost GaN film 107a1 exposed to the dry etching is widely exposed in the dry etching of the stacked body H on the first electrode SE side. In this case, the probability of contact between the crystal defect A on the exposed surface of the GaN film 107a1 and the first electrode SE increases, and the reverse leakage current increases.
これに対し本実施の形態の半導体装置においては、前述のとおり第1電極SEと溝Gの底面との接触面積を縮小化したので、結晶欠陥と第1電極SEが接触する確率を無視できる程度に小さくできるため、逆リーク電流の低減を図ることができる。 On the other hand, in the semiconductor device of the present embodiment, since the contact area between the first electrode SE and the bottom surface of the groove G is reduced as described above, the probability that the crystal defect and the first electrode SE are in contact can be ignored. Therefore, the reverse leakage current can be reduced.
なお、前述したとおり、第2電極OHE側は、通常接地電位(0V)のような低電位が印加されるため、逆リーク電流の問題は考慮する必要がなく、第2電極OHE側には、ダミー積層体Dおよび溝Gを形成する必要性は少ない。 As described above, since a low potential such as a normal ground potential (0 V) is applied to the second electrode OHE side, there is no need to consider the problem of reverse leakage current, and on the second electrode OHE side, There is little need to form the dummy laminate D and the groove G.
また、バッファ層105や基板103までドライエッチングし、これらの上部に第1電極SEを延在させる構成も考え得るが、前述したとおり、バッファ層105は、積層体Hなどに加わる応力緩和の目的で形成されるものであるため、膜種によってその膜自身に多数の結晶欠陥を有する場合もある。よって、バッファ層105と第1電極SEが接触するような構成では、却って逆リーク電流が増大する恐れがあり、本実施の形態の装置構成を採用することが好ましい。
In addition, a configuration in which the first electrode SE is extended to the upper portion of the
また、本実施の形態においては、ドライエッチングを用いて積層体Hを形成したが、他の加工方法を用いてもよい。どのような加工方法を用いても、加工の際には何らかの衝撃が最下層のGaN膜107a1に加わりやすいため、当該膜に欠陥が生じやすい。よって、他の加工方法を用いた場合であっても、本実施の形態の装置構成を採用することにより、装置特性の向上を図ることができる。 Moreover, in this Embodiment, although the laminated body H was formed using dry etching, you may use another processing method. Whatever processing method is used, a certain impact is likely to be applied to the lowermost GaN film 107a1 during processing, so that the film is likely to be defective. Therefore, even when other processing methods are used, the apparatus characteristics can be improved by adopting the apparatus configuration of the present embodiment.
但し、現状においては、AlGaNおよびGaNの双方を効率的にエッチングし得るウエットエッチング剤はなく、効率的なエッチングを行うためにはドライエッチングを用いる他ない。このドライエッチングにおいては、エッチング時に露出する面において衝撃が加わりやすく欠陥が生じやすいため、本実施の形態の装置構成を用いて好適である。 However, at present, there is no wet etching agent that can efficiently etch both AlGaN and GaN, and there is no choice but to use dry etching to perform efficient etching. In this dry etching, the surface exposed at the time of etching is easily subjected to an impact and a defect is likely to occur. Therefore, the apparatus configuration of the present embodiment is suitable.
なお、上記装置構成においては、ヘテロ接合体を2つ積層した(Ha1、Ha2)が、3つ以上のヘテロ接合体を積層してもよい。このように、ヘテロ接合体の積層数、即ち、チャネル数を増加させることにより、オン抵抗の低減を図ることができる。 In the above device configuration, two heterozygotes (Ha1, Ha2) may be laminated, but three or more heterozygotes may be laminated. Thus, by increasing the number of stacked heterojunctions, that is, the number of channels, the on-resistance can be reduced.
なお、上記装置構成においては、積層体Hを環状に配置し、その内側に第1電極SEを、その外側に第2電極OHEを形成したが、積層体Hをライン状(矩形状)に配置し、その一端(第1側壁上)に第1電極SEを、その他端(第2側壁上)に第2電極OHEを配置する構造としてもよい。しかしながら、電極(SE、OHE)を環状や円形に形成することで、パターン端部における電界集中を抑制でき、より装置特性を向上させることができる。 In the above apparatus configuration, the stacked body H is arranged in a ring shape, the first electrode SE is formed inside thereof, and the second electrode OHE is formed outside thereof, but the stacked body H is arranged in a line shape (rectangular shape). The first electrode SE may be disposed at one end (on the first side wall) and the second electrode OHE may be disposed at the other end (on the second side wall). However, by forming the electrodes (SE, OHE) in an annular shape or a circular shape, the electric field concentration at the pattern end can be suppressed, and the device characteristics can be further improved.
また、上記装置構成においては、積層体Hを環状に形成し、その外形(上面からの平面視における第2側壁の形状、領域aの外形)を円形としたが、かかる形状は、円形に限定されるものでなく、楕円形、多角形など、他の形状としてもよい。この積層体Hの外形(領域aの外形)、領域bの外形および領域cの外形は相似形であり、これらについても同様に種々の変形が可能である。ここでは、積層体Hの外形(上面からの平面視における第2側壁の形状、領域aの外形)について説明するが、領域bの外形および領域cの外形についても同様である。 Further, in the above device configuration, the laminate H is formed in an annular shape, and its outer shape (the shape of the second side wall in a plan view from the upper surface, the outer shape of the region a) is circular, but this shape is limited to a circle. However, other shapes such as an ellipse and a polygon may be used. The outer shape of the stacked body H (outer shape of the region a), the outer shape of the region b, and the outer shape of the region c are similar, and various modifications can be made in the same manner. Here, the outer shape of the stacked body H (the shape of the second side wall in the plan view from the upper surface, the outer shape of the region a) is described, but the same applies to the outer shape of the region b and the outer shape of the region c.
以下、変形例の一例について、図9〜図11を参照しながら説明する。 Hereinafter, an example of a modification will be described with reference to FIGS.
図9〜図11は、本実施の形態の半導体装置の他の構成を示す上面図である。 9 to 11 are top views showing other configurations of the semiconductor device of the present embodiment.
図9に示す半導体装置においては、積層体Hの外形(上面からの平面視における第2側壁の形状、領域aの外形)を略楕円形状としている。このように、積層体Hの外形(上面からの平面視における第2側壁の形状、領域aの外形)を、矩形と2つの半円との合成形状である略楕円形状としてもよい。また、この際、略楕円の長辺方向の線に対し、線対称に複数の半導体装置(半導体素子)を配置してもよい。即ち、x方向に複数の半導体素子を並べて配置してもよい。このように、配置することにより、半導体素子を高密度に配置することができ、小面積で高性能の半導体装置を実現することができる。また、第2電極OHEを領域aの外側に配置することで、各半導体素子の第2電極OHEを容易に接触させ、電気的に接続することができる。言い換えれば、一続きのパターンとすることができる。よって、この点においても、素子の高集積化を図ることができる。このように、第2電極OHEを外側に配置し、共通化することで、簡単な構成および容易なパターニング(製造工程)を実現できる。 In the semiconductor device shown in FIG. 9, the outer shape of the stacked body H (the shape of the second side wall in the plan view from the upper surface, the outer shape of the region a) is substantially elliptical. As described above, the outer shape of the stacked body H (the shape of the second side wall in a plan view from the upper surface, the outer shape of the region a) may be a substantially elliptical shape that is a combined shape of a rectangle and two semicircles. In this case, a plurality of semiconductor devices (semiconductor elements) may be arranged symmetrically with respect to a line in the long side direction of a substantially ellipse. That is, a plurality of semiconductor elements may be arranged in the x direction. By arranging in this way, semiconductor elements can be arranged at high density, and a high-performance semiconductor device with a small area can be realized. In addition, by disposing the second electrode OHE outside the region a, the second electrode OHE of each semiconductor element can be easily brought into contact and electrically connected. In other words, it can be a continuous pattern. Therefore, also in this respect, high integration of elements can be achieved. Thus, by arranging the second electrode OHE on the outside and sharing it, a simple configuration and easy patterning (manufacturing process) can be realized.
なお、本実施の形態とは逆、即ち、第2電極OHEを領域aの内側に、第1電極SEを領域aの外側に配置することも可能であるが、この場合、複数の半導体素子の第1電極SEが接触してしまう。この際、複数の半導体素子のうち、いずれかにおいて結晶欠陥が生じ第1電極SEと接触した場合、接続されているすべての素子、即ち装置全体において、逆リーク電流が発生し、装置特性が大幅に劣化する。 Note that it is possible to dispose the second electrode OHE inside the region a and the first electrode SE outside the region a, but in this case, the second electrode OHE is arranged outside the region a. The first electrode SE comes into contact. At this time, if a crystal defect occurs in any one of the plurality of semiconductor elements and comes into contact with the first electrode SE, reverse leakage current is generated in all connected elements, that is, the entire apparatus, and the device characteristics are greatly improved. It deteriorates to.
これに対し、本実施の形態によれば、第2電極OHEを外側に配置し、共通化することで、上記特性の劣化を回避することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, the second electrode OHE is arranged on the outside and shared, so that the deterioration of the characteristics can be avoided.
図10に示す半導体装置においては、積層体Hの外形(上面からの平面視における第2側壁の形状、領域aの外形)を矩形状としている。このように、積層体Hの外形を矩形状としてもよく、さらに、矩形の長辺および短辺に対し、それぞれ線対称に複数の半導体装置(半導体素子)を並べて配置してもよい。即ち、x方向およびy方向に複数の半導体素子をアレイ状に配置してもよい。このように、配置することにより、半導体素子を高集積に配置することができ、小面積で高性能の半導体装置を実現することができる。また、この場合も、図9に示す半導体装置と同様に、第2電極OHEを外側に配置し、共通化したので、装置の高集積化および装置特性の向上を図ることができる。また、容易なパターニング(製造工程)で、第2電極OHEを共通化することができる。 In the semiconductor device shown in FIG. 10, the outer shape of the stacked body H (the shape of the second side wall in a plan view from the upper surface, the outer shape of the region a) is rectangular. As described above, the outer shape of the stacked body H may be rectangular, and a plurality of semiconductor devices (semiconductor elements) may be arranged in line symmetry with respect to the long side and the short side of the rectangle. That is, a plurality of semiconductor elements may be arranged in an array in the x direction and the y direction. By arranging in this way, semiconductor elements can be arranged highly integrated, and a high-performance semiconductor device with a small area can be realized. Also in this case, similarly to the semiconductor device shown in FIG. 9, since the second electrode OHE is arranged outside and used in common, the device can be highly integrated and the device characteristics can be improved. Further, the second electrode OHE can be shared by easy patterning (manufacturing process).
図11に示す半導体装置においては、積層体Hの外形(上面からの平面視における第2側壁の形状、領域aの外形)を六角形状としている。このように、積層体Hの外形を六角形状としてもよく、さらに、六角形状の長辺方向の線に対し、線対称に複数の半導体装置(半導体素子)を並べて配置してもよい。即ち、x方向に複数の半導体素子を配置し、y方向においては、120度のなす角で交差する2辺が交互に位置するように並べて配置してもよい。このように、配置することにより、半導体素子を高集積に配置することができ、小面積で高性能の半導体装置を実現することができる。また、この場合も、図9に示す半導体装置と同様に、第2電極OHEを外側に配置し、共通化したので、装置の高集積化および装置特性のさらなる向上を図ることができる。また、容易なパターニング(製造工程)で、第2電極OHEを共通化することができる。加えて、120度のなす角で交差する2辺に所定の面方位(例えば、{1−100}面など)が露出するようにパターニングすることで、エッチング面がより平坦となり、逆リーク電流の低減など、さらなる装置特性の向上を図ることができる。 In the semiconductor device shown in FIG. 11, the outer shape of the stacked body H (the shape of the second side wall in the plan view from the upper surface, the outer shape of the region a) is a hexagonal shape. As described above, the outer shape of the stacked body H may be hexagonal, and a plurality of semiconductor devices (semiconductor elements) may be arranged side by side in line symmetry with respect to the hexagonal long-side line. That is, a plurality of semiconductor elements may be arranged in the x direction, and in the y direction, the two sides that intersect at an angle of 120 degrees may be alternately arranged. By arranging in this way, semiconductor elements can be arranged highly integrated, and a high-performance semiconductor device with a small area can be realized. Also in this case, similarly to the semiconductor device shown in FIG. 9, since the second electrode OHE is arranged outside and used in common, higher integration of the device and further improvement of the device characteristics can be achieved. Further, the second electrode OHE can be shared by easy patterning (manufacturing process). In addition, by patterning so that a predetermined plane orientation (for example, {1-100} plane, etc.) is exposed on two sides that intersect at an angle of 120 degrees, the etched surface becomes flatter and reverse leakage current is reduced. Further improvements in device characteristics such as reduction can be achieved.
なお、上記図10において、積層体Hの外形を正四角形としてもよく、また、上記図11において、積層体Hの外形を正六角形としてもよい。 In FIG. 10, the outer shape of the laminate H may be a regular square, and in FIG. 11, the outer shape of the laminate H may be a regular hexagon.
(実施の形態2)
実施の形態1においては、積層体Hの第1および第2側壁を積層体Hの最上層の膜に対し垂直(ほぼ90度)に形成したが(図1等参照)、積層体Hの側壁をテーパー形状としてもよい。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the first and second side walls of the multilayer body H are formed perpendicularly (approximately 90 degrees) to the uppermost layer film of the multilayer body H (see FIG. 1 and the like). May be tapered.
例えば、実施の形態1の半導体装置の製造工程において、AlGaN膜におけるAlNのモル比を0.04とし、GaN膜とAlGaN膜とのヘテロ接合体を100組積層する。次いで、ドライエッチング条件を調整することにより、積層体Hの最上層の膜と第1側壁とのなす角および積層体Hの最上層の膜と第2側壁とのなす角が、97度程度となるよう上記100組のヘテロ接合体をエッチングする。この場合、最上層のヘテロ接合体の最短チャネル長と最下層のヘテロ接合体の最長チャネル長との差が、平均チャネル長の10%以下となる。このような場合、製造条件のばらつきなどを考えれば、100チャネルはほぼ均一とみなせ、動作上の問題はない。よって、例えば、ヘテロ接合体(合計膜厚4μm)を、10μm程度の幅で積層した場合、90度より大きく97度以下の傾斜を側壁に設けてもよい。 For example, in the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, the AlN molar ratio in the AlGaN film is set to 0.04, and 100 sets of heterojunctions of GaN film and AlGaN film are stacked. Next, by adjusting the dry etching conditions, the angle formed between the uppermost layer film of the stacked body H and the first sidewall and the angle formed between the uppermost layer film of the stacked body H and the second sidewall are about 97 degrees. The 100 sets of heterozygotes are etched so as to be. In this case, the difference between the shortest channel length of the uppermost heterojunction and the longest channel length of the lowermost heterojunction is 10% or less of the average channel length. In such a case, considering variations in manufacturing conditions, 100 channels can be regarded as almost uniform, and there is no problem in operation. Therefore, for example, when heterojunctions (total film thickness: 4 μm) are stacked with a width of about 10 μm, an inclination greater than 90 degrees and not more than 97 degrees may be provided on the sidewall.
また、発明者の検討によれば、本実施の形態のテーパー形状の積層膜Hを有する半導体装置においては、実施の形態1に示す半導体装置(図1)と比較して、1チャネルあたりの抵抗は5倍に増加するものの、チャネル数を50倍にできることで、オン抵抗を1/10に低減できることが解かった。 Further, according to the inventor's study, in the semiconductor device having the tapered laminated film H of the present embodiment, the resistance per channel is higher than that of the semiconductor device shown in the first embodiment (FIG. 1). It has been found that the on-resistance can be reduced to 1/10 by increasing the number of channels by 50 times.
また、AlGaN膜におけるAlNモル比を0.09と高くしても、GaN膜とAlGaN膜とのヘテロ接合体を20組程度積層することが可能であり、この場合、実施の形態1に示す半導体装置(図1)と比較して、オン抵抗を1/4に低減できることが解かった。
Further, even if the AlN molar ratio in the AlGaN film is increased to 0.09, it is possible to stack about 20 heterojunctions of GaN film and AlGaN film. In this case, the semiconductor shown in
(実施の形態3)
実施の形態1においては、ヘテロ接合体として、GaN膜とAlGaN膜とを用いたが、他の半導体膜を用いてもよい。例えば、AlGaN膜に代えて、InAlN膜を用いてもよい。即ち、ヘテロ接合体として、GaN膜とInAlN膜との積層膜を用いてもよい。前述したとおり、積層面におけるGaNの格子定数は、0.3189nm、AlNの格子定数は、0.3114nmであり、InNの格子定数は、0.3548nmである。よって、InGaNの格子定数は、AlNの格子定数とInNの格子定数の間の組成比に応じた値であって、GaNの格子定数と近似の値をとることとなる。ここで、GaNの禁制帯幅は、InGaNの禁制帯幅より小さく、1つのヘテロ接合体において、禁制帯幅の大きい膜であるInAlN膜が上層に配置される。
(Embodiment 3)
In
このように、GaN膜とInAlN膜とのヘテロ接合体を用い、100組程度のヘテロ接合体を積層することで、チャネル数を大幅に増加させることができ、オン抵抗の低減を図ることができる。 As described above, by using a heterojunction of a GaN film and an InAlN film and stacking about 100 heterojunctions, the number of channels can be significantly increased, and the on-resistance can be reduced. .
本実施の形態の半導体装置の製造工程については、実施の形態1と同様の工程により形成することができる。異なる点は、GaN膜を実施の形態1と同様に形成した後、その上部に、AlGaN膜(109)の成膜工程に代えて、InAlN膜を成膜すればよい。例えば、InNのモル比が0.18となるよう、供給ガスの組成および量を調整し、気相エピタキシー法を用いてInAlN膜を20nm程度形成すればよい。次いで、GaN膜とInAlN膜との成膜を交互に行い、100組の積層膜(ヘテロ接合体)を形成する。この後は実施の形態1と同様に、絶縁膜を形成した後、ドライエッチングにより、積層体、溝およびダミー積層体を形成し、さらに、第1電極および第2電極を形成すればよい。
About the manufacturing process of the semiconductor device of this Embodiment, it can form by the process similar to
発明者の検討によれば、本実施の形態の半導体装置においては、実施の形態1に示す半導体装置(図1)と比較して、1チャネルあたりの抵抗は同等に維持でき、チャネル数を50倍にできることで、オン抵抗を1/50に低減できることが解かった。また、実施の形態2の半導体装置と比較しても、オン抵抗が1/5程度となることが解かった。 According to the inventor's study, in the semiconductor device of the present embodiment, the resistance per channel can be maintained equal to that of the semiconductor device shown in the first embodiment (FIG. 1), and the number of channels is 50. It was found that the on-resistance can be reduced to 1/50 by being able to be doubled. Further, it was found that the on-resistance is about 1/5 as compared with the semiconductor device of the second embodiment.
(実施の形態4)
本実施の形態においては、最下層のGaN膜107a1と第1電極SEとの間に絶縁膜を設けることで、逆リーク電流の低減を図る。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, the reverse leakage current is reduced by providing an insulating film between the lowermost GaN film 107a1 and the first electrode SE.
図12および図13を参照しながら、本実施の形態の半導体装置(ショットキーバリアダイオード)の構成について説明する。図12は、本実施の形態の半導体装置の断面斜視図であり、図13は、本実施の形態の半導体装置の上面図である。図12は、例えば、図13のA−A断面に対応する。 The configuration of the semiconductor device (Schottky barrier diode) of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a cross-sectional perspective view of the semiconductor device of the present embodiment, and FIG. 13 is a top view of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 12 corresponds to, for example, the AA cross section of FIG.
図12および図13に示すように、本実施の形態の半導体装置は、基板103と、バッファ層105と、積層体Hと、積層体Hの上部に積層された絶縁膜113aと、第1電極(ショットキー電極)SEと、第2電極(オーミック電極)OHEと、最下層のGaN膜107a1上に位置する絶縁膜113b、113dとを有する。最下層のGaN膜107a1と第1電極SEとは絶縁膜113bによって絶縁されている。また、最下層のGaN膜107a1と第2電極OHEとも絶縁膜113dによって絶縁されている。
As shown in FIGS. 12 and 13, the semiconductor device of this embodiment includes a
基板103、バッファ層105および積層体Hは、実施の形態1と同様の構成であり、同様の材料を用いて形成される。
The
積層体Hの第1側壁(後述する領域aの内側)には、第1電極SEが接するよう配置されている。具体的には、第1電極SEは、積層体H上の絶縁膜113a上から上記第1側壁の方向へ、当該第1側壁と接するよう配置され、さらに、絶縁膜113b上まで延在している。
The first electrode SE is disposed in contact with the first side wall of the multilayer body H (inside a region a to be described later). Specifically, the first electrode SE is arranged in contact with the first side wall from the insulating
また、積層体Hの第1側壁と対向する第2側壁(後述する領域aの外側)には、第2電極OHEが接するよう配置されている。具体的には、第2電極OHEは、積層体H上の絶縁膜113a上から上記第2側壁の方向へ、当該第2側壁と接するよう配置され、さらに、絶縁膜113d上まで延在している。
In addition, the second electrode OHE is disposed in contact with the second side wall (outside the region a described later) facing the first side wall of the multilayer body H. Specifically, the second electrode OHE is arranged in contact with the second side wall from the insulating
上記第1電極SEは、積層体Hを構成する半導体膜と接しショットキー障壁を生じさせるショットキー電極である。また、上記第2電極OHEは、積層体Hを構成する半導体膜と接し、電圧−電流特性が比較的直線的な特性(オーミック特性)を有するオーミック電極である。 The first electrode SE is a Schottky electrode that is in contact with the semiconductor film constituting the stacked body H and generates a Schottky barrier. The second electrode OHE is an ohmic electrode that is in contact with the semiconductor film constituting the stacked body H and has a relatively linear characteristic (ohmic characteristic) in voltage-current characteristics.
第1電極(ショットキー電極)SEとしては、例えば、Ni/Auの積層電極、Pt/Auの積層電極、Pd/Auの積層電極等が用いられる。また、第2電極(オーミック電極)OHEとしては、例えば、Ti/Alの積層電極などが用いられる。 As the first electrode (Schottky electrode) SE, for example, a Ni / Au laminated electrode, a Pt / Au laminated electrode, a Pd / Au laminated electrode, or the like is used. Further, as the second electrode (ohmic electrode) OHE, for example, a Ti / Al laminated electrode is used.
ここで、積層体Hの形成領域(上面からの平面視における形状)について、図13を参照しながら説明する。 Here, the formation region (shape in plan view from the upper surface) of the stacked body H will be described with reference to FIG.
図13に示すように、積層体Hは、環状の領域aに配置され、その内側の略円形の領域bは、凹部となっている。また、第1電極SEは、上記略円形の領域bを覆うように形成され、第2電極OHEは、第1電極SEを取り囲む環状の領域に形成されている。 As shown in FIG. 13, the laminated body H is arrange | positioned at the cyclic | annular area | region a, and the substantially circular area | region b inside it is a recessed part. The first electrode SE is formed so as to cover the substantially circular region b, and the second electrode OHE is formed in an annular region surrounding the first electrode SE.
このように、上記構成においては、第1および第2電極(SE、OHE)と積層体Hとを側壁で接触させたので、低抵抗な接合を実現することが可能となる。さらに、第1電極SEと電子層が略垂直に交差することとなり、これらの間に平行平板キャパシタが形成されないために、容量の低減を図ることができる。 Thus, in the above configuration, since the first and second electrodes (SE, OHE) and the stacked body H are brought into contact with each other on the side wall, it is possible to realize low-resistance bonding. Furthermore, since the first electrode SE and the electronic layer intersect each other substantially perpendicularly, and no parallel plate capacitor is formed between them, the capacitance can be reduced.
さらに、上記構成においては、最下層のGaN膜107a1上に絶縁膜113bを配置したので、積層体Hの加工の際、ドライエッチングなどによる衝撃により積層体Hの両側に結晶欠陥が生じていても、欠陥部と第1電極SEが接触することがなく、逆リーク電流を低減することができる。
Further, in the above configuration, since the insulating
次いで、図14〜図20を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図14〜図20は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図または上面図である。 Next, the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 20 and the configuration of the semiconductor device will be further clarified. 14 to 20 are main-portion cross-sectional views or top views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.
図14に示すように、基板103として例えばSi基板を準備し、基板103上にバッファ層105として例えば、AlGaN層を気相エピタキシー法を用いて2μm程度の膜厚で成膜する。この際、不純物化合物を成膜装置内に導入せず、アンドープ層とする。続いて、バッファ層105上に、化合物半導体膜としてGaN膜107を2μm程度の膜厚で成膜する。次いで、AlGaN膜109を20nm程度の膜厚で成膜する。さらに、AlGaN膜109上にGaN膜107を20nm程度の膜厚で成膜した後、AlGaN膜109を20nm程度の膜厚で成膜する。前述したとおり、GaN膜とAlGaN膜は、格子定数が近似しており、気相エピタキシー法において原料ガスを調整するだけで、連続した結晶として成膜することが可能である。
As shown in FIG. 14, for example, a Si substrate is prepared as the
ここで、AlGaN膜109については、AlNのモル比が0.15となるよう、供給ガスの組成および量を調整する。AlNのモル比が0.15とは、AlGaNが、AlNが0.15モル、GaNが0.85モルの割合で混晶していることを意味する。
Here, for the
次いで、AlGaN膜109上に、絶縁膜(図示せず)として例えば酸化シリコン膜をCVD法で堆積する。次いで、絶縁膜をパターニングすることにより、ドライエッチング用マスクを形成する。ここでは、絶縁膜を領域aに残存させる(図15、図16参照)。
Next, for example, a silicon oxide film is deposited on the
次いで、図15および図16に示すように、領域aに残存する絶縁膜をマスクに、GaN膜107およびAlGaN膜109の積層膜を、最下層のGaN膜107の表面から所定の深さまでドライエッチングする。ドライエッチングとしては、例えば、塩素プラズマを用いたドライエッチングを用いる。このエッチング工程により、領域aに積層体Hが形成され、環状の領域aの内側および外側には、最下層のGaN膜107a1が露出する。領域aの幅、即ち、第1側壁と第2側壁の間隔は、例えば10μmとする。なお、本実施の形態においては、領域aの内側の領域を領域bと、領域aの外側の領域を領域dとする。
Next, as shown in FIGS. 15 and 16, using the insulating film remaining in the region a as a mask, the laminated film of the
次いで、図17に示すように、ドライエッチング用マスクを除去し、基板103の全面上、即ち、積層体Hおよび最下層のGaN膜107a1の露出面上に、スパッタリング法を用いて絶縁膜113を形成する。絶縁膜113としては、例えば、酸化シリコン膜を用いることができる。スパッタリング法によれば、平坦部においては、粒子が多く堆積するが、積層体Hの側壁部においては、粒子が付着し難く、結果として、平坦部の膜厚は大きく、側壁部の膜厚は小さくなる。ここでの側壁部の膜厚とは、基板表面と平行方向の膜厚をいう。上記スパッタリング法を用いて、平坦部、即ち、最下層のGaN膜107a1上の絶縁膜113および積層体H上の絶縁膜113の膜厚が1μm程度となるよう堆積する。この場合、積層体Hの側壁部の絶縁膜113の膜厚は、0.2μm程度となる。
Next, as shown in FIG. 17, the dry etching mask is removed, and an insulating
次いで、絶縁膜113の表面を等方的にエッチングする。例えば、緩衝フッ酸溶液を用いて、絶縁膜113を構成する酸化シリコン膜をその表面から厚さ0.3μm程度、等方的にエッチングする。その結果、図18に示すように、積層体Hの側壁部における絶縁膜は除去され、積層体Hの側壁が露出する。一方、平坦部、即ち、最下層のGaN膜107a1上の絶縁膜(113)および積層体H上の絶縁膜(113)は残存しており、その膜厚は0.7μm程度となる。図18において、最下層のGaN膜107a1上の絶縁膜を113b、113dと、積層体H上の絶縁膜を113aと示す。
Next, the surface of the insulating
次いで、図19に示すように、積層体Hの第1側壁に接するように第1電極SEを形成する。具体的には、積層体H上の絶縁膜113a上から、積層体Hの第1側壁に接するように配置され、さらに、最下層のGaN膜107a1上に位置する絶縁膜113b上まで延在するよう第1電極SEを形成する。即ち、領域bおよび領域aの内周に第1電極SEを形成する(図13参照)。第1電極SEは、例えば、実施の形態1と同様にリフトオフ法で、Ni/Auの積層膜などを用いて形成することができる。
Next, as shown in FIG. 19, the first electrode SE is formed so as to be in contact with the first side wall of the multilayer body H. Specifically, the insulating
次いで、図20に示すように、少なくとも積層体Hの第2側壁と接するように第2電極OHEを形成する。具体的には、積層体H上の絶縁膜113a上から、積層体Hの第2側壁に接するように配置され、さらに、最下層のGaN膜107a1上に位置する絶縁膜113d上まで延在するように第2電極OHEを形成する。即ち、領域aの外周および領域dに第2電極OHEが形成される(図13参照)。この第2電極OHEも、実施の形態1と同様に、リフトオフ法で、Ti/Alの積層膜などを用いて形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 20, the second electrode OHE is formed so as to be in contact with at least the second side wall of the stacked body H. Specifically, the insulating
以上の工程により、図12および図13を参照ながら説明した本実施の形態の半導体装置が略完成する。 Through the above steps, the semiconductor device of the present embodiment described with reference to FIGS. 12 and 13 is substantially completed.
このように、本実施の形態によれば、最下層のGaN膜107a1上に絶縁膜113b、113dを形成し、その上部に、第1電極SEおよび第2電極OHEを配置したので、積層体Hの加工の際、ドライエッチングなどによる衝撃により積層体Hの両側に結晶欠陥が生じていても、欠陥部と第1電極SEが接触することがなく、逆リーク電流を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the insulating
また、発明者の検討によれば、本実施の形態の半導体装置において、逆方向耐圧を測定したところ、1±0.1kVの良好な結果が得られた。 Further, according to the inventors' investigation, when the reverse breakdown voltage was measured in the semiconductor device of the present embodiment, a good result of 1 ± 0.1 kV was obtained.
(実施の形態5)
本実施の形態においては、実施の形態1と同様に積層体H、ダミー積層体Dおよび溝Gを設ける構造としつつ、溝Gの底部や積層体Hの第2側壁の端部から露出した最下層のGaN膜107a1上に絶縁膜を設けることで、逆リーク電流の低減を図る。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, the structure in which the stacked body H, the dummy stacked body D, and the groove G are provided in the same manner as in the first embodiment, but the most exposed from the bottom of the groove G and the end of the second side wall of the stacked body H. By providing an insulating film on the lower GaN film 107a1, the reverse leakage current is reduced.
図21および図22を参照しながら、本実施の形態の半導体装置(ショットキーバリアダイオード)の構成について説明する。図21は、本実施の形態の半導体装置の断面斜視図であり、図22は、本実施の形態の半導体装置の上面図である。図21は、例えば、図22のA−A断面に対応する。 The configuration of the semiconductor device (Schottky barrier diode) of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 21 is a cross-sectional perspective view of the semiconductor device of the present embodiment, and FIG. 22 is a top view of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 21 corresponds to, for example, the AA cross section of FIG.
図21および図22に示すように、本実施の形態の半導体装置は、基板103と、バッファ層105と、積層体Hと、ダミー積層体(ダミーパターン)Dと、積層体H上に配置された絶縁膜113aと、ダミー積層体D上に配置された絶縁膜113bと、積層体Hとダミー積層体Dとの間に設けられた溝(凹部)Gと、溝Gの底部に配置された絶縁膜113cと、積層体Hの第2側壁(第1側壁と対向する側壁、領域aの外側)の端部から露出した最下層のGaN膜107a1上に配置された絶縁膜113dと、第1電極(ショットキー電極)SEと、第2電極(オーミック電極)OHEとを有する。
As shown in FIGS. 21 and 22, the semiconductor device of the present embodiment is arranged on a
上記第1電極SEは、溝G内に埋め込まれることで、積層体Hの第1側壁(後述する領域aの内側)と第1電極SEが接することとなるが、溝Gの底部には、絶縁膜113cが配置されているため、溝Gの底面から露出した最下層のGaN膜107a1と第1電極SEが接触することはなく、逆リーク電流を低減することができる。
The first electrode SE is embedded in the groove G, so that the first electrode SE is in contact with the first side wall (inside a region a to be described later) of the stacked body H. Since the insulating
各構成部位は、実施の形態1または実施の形態2と同様の構成であり、同様の材料を用いて同様の形状に構成することができる。
Each component has the same configuration as that in
次いで、図23〜図28を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図23〜図28は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図または上面図である。 Next, with reference to FIGS. 23 to 28, the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described, and the configuration of the semiconductor device will be clarified. 23 to 28 are main-portion cross-sectional views or top views showing the manufacturing steps of the semiconductor device of the present embodiment.
図23に示すように、基板103として例えばSi基板を準備し、基板103上にバッファ層105として例えば、AlGaN層を気相エピタキシー法を用いて2μm程度の膜厚で成膜する。この際、不純物化合物を成膜装置内に導入せず、アンドープ層とする。続いて、バッファ層105上に、実施の形態1と同様に、化合物半導体膜としてGaN膜(107)を2μm程度の膜厚で、成膜する。次いで、AlGaN膜(109)を20nm程度の膜厚で成膜する。さらに、AlGaN膜(109)上にGaN膜(107)を20nm程度の膜厚で成膜した後、AlGaN膜(109)を20nm程度の膜厚で成膜する。前述したとおり、GaN膜とAlGaN膜は、格子定数が近似しており、気相エピタキシー法において原料ガスを調整するだけで、連続した結晶として成膜することが可能である。
As shown in FIG. 23, for example, a Si substrate is prepared as the
次いで、AlGaN膜(109)上に、絶縁膜として例えば酸化シリコン膜をCVD法で堆積し、絶縁膜をパターニングすることにより、ドライエッチング用マスク(図示せず)を形成する。ここでは、絶縁膜を環状の領域aおよびその内側の円形の領域bに残存させる(図24参照)。 Next, a silicon oxide film, for example, is deposited as an insulating film on the AlGaN film (109) by a CVD method, and the insulating film is patterned to form a dry etching mask (not shown). Here, the insulating film is left in the annular region a and the inner circular region b (see FIG. 24).
次いで、領域aおよび領域bに残存する絶縁膜をマスクに、GaN膜(107)およびAlGaN膜(109)の積層膜を、最下層のGaN膜(107)の表面から所定の深さまでドライエッチングする。ドライエッチングとしては、例えば、塩素プラズマを用いたドライエッチングを用いる。このエッチング工程により、領域aに積層体Hが形成され、領域bにダミー積層体Dが形成される。ここで、環状の領域aと円形の領域bとの間には、幅W1の環状の領域cが存在するため、領域cには、溝Gが形成される。この溝Gの底面には、最下層のGaN膜107a1が露出する。また、領域aの外側の領域dにおいても、最下層のGaN膜107a1が露出する。 Next, using the insulating film remaining in the regions a and b as a mask, the laminated film of the GaN film (107) and the AlGaN film (109) is dry-etched from the surface of the lowermost GaN film (107) to a predetermined depth. . As the dry etching, for example, dry etching using chlorine plasma is used. By this etching process, the stacked body H is formed in the region a, and the dummy stacked body D is formed in the region b. Here, since an annular region c having a width W1 exists between the annular region a and the circular region b, a groove G is formed in the region c. On the bottom surface of the groove G, the lowermost GaN film 107a1 is exposed. In the region d outside the region a, the lowermost GaN film 107a1 is exposed.
次いで、ドライエッチング用マスクを除去し、図25に示すように、スパッタリング法を用いて絶縁膜113を形成する。このスパッタリング法によれば、平坦部においては、粒子が多く堆積するが、積層体Hの側壁部においては、粒子が付着し難く、結果として、平坦部の膜厚は大きく、側壁部の膜厚は小さくなる。
Next, the dry etching mask is removed, and an insulating
次いで、絶縁膜113の表面を等方的にエッチングする。例えば、緩衝フッ酸溶液を用いて、絶縁膜113を構成する酸化シリコン膜をその表面から少なくとも積層体Hの側壁部の膜厚に相当する膜厚分、等方的にエッチングする。その結果、図26示すように、積層体Hの側壁部における絶縁膜は除去され、積層体Hの側壁が露出する。一方、平坦部、即ち、溝Gの底部や積層体Hの第2側壁の端部から露出した最下層のGaN膜107a1上などの絶縁膜は残存する。図26において、溝Gの底部の絶縁膜を113cと、積層体Hの第2側壁の端部から露出した最下層のGaN膜107a1上の絶縁膜を113dと示す。また、積層体H上の絶縁膜を113aと、ダミー積層体D上の絶縁膜を113bと示す。
Next, the surface of the insulating
次いで、図27に示すように、少なくとも溝Gを埋め込み、ダミー積層体Dを覆うよう第1電極SEを形成する。具体的には、第1電極SEは、積層体H上の絶縁膜113a上から、積層体Hの第1側壁に接するように溝Gの内部に配置され、さらに、ダミー積層体D上の絶縁膜113b上まで延在するよう形成される。即ち、領域aの内周、領域cおよび領域bに第1電極SEを形成する(図22参照)。この第1電極SEは、例えば、実施の形態1と同様にリフトオフ法で、Ni/Auの積層膜などを用いて形成することができる。
Next, as shown in FIG. 27, the first electrode SE is formed so as to fill at least the groove G and cover the dummy stacked body D. Specifically, the first electrode SE is disposed in the groove G so as to be in contact with the first side wall of the multilayer body H from the insulating
次いで、図28に示すように、少なくとも積層体Hの第2側壁と接するように第2電極OHEを形成する。具体的には、第2電極OHEは、積層体H上の絶縁膜113a上から、積層体Hの第2側壁に接しつつ、最下層のGaN膜107a1上の絶縁膜113d上まで延在するよう形成される。即ち、領域aの外周から領域dまで延在するよう形成される(図22参照)。この第2電極OHEも、実施の形態1と同様に、リフトオフ法で、Ti/Alの積層膜などを用いて形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 28, the second electrode OHE is formed so as to be in contact with at least the second side wall of the stacked body H. Specifically, the second electrode OHE extends from the insulating
以上の工程により、図21および図22を参照ながら説明した本実施の形態の半導体装置が略完成する。 Through the above steps, the semiconductor device of the present embodiment described with reference to FIGS. 21 and 22 is substantially completed.
このように、本実施の形態によれば、溝Gの底部に絶縁膜113cを設けたので、微小面積ながらもこの溝Gの底面に結晶欠陥が生じた場合であっても、結晶欠陥と第1電極SEとが接触することがなく、逆リーク電流の低減を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the insulating
特に、溝G内に埋め込む材料や埋め込み方法によって埋め込み特性が劣化する場合には、溝Gの幅を大きくせざるを得ず、このような場合に本実施の形態の半導体装置の構成や製造方法を用いて好適である。 In particular, when the embedding characteristics deteriorate due to the material and the embedding method embedded in the groove G, the width of the groove G must be increased. In such a case, the configuration and manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment Is preferable.
なお、上記実施の形態2〜5において、図9〜図11を参照しながら説明した各種素子構成やそのレイアウトなど、実施の形態1で説明した、各種応用例、変形例を採用し得ることは言うまでもない。 In the second to fifth embodiments, various application examples and modifications described in the first embodiment such as various element configurations and layouts described with reference to FIGS. 9 to 11 can be adopted. Needless to say.
また、上記実施の形態1、4および5において、実施の形態2および3で説明した、各種組成のヘテロ接合体を採用し、また、積層膜Hにおいてテーパー形状を採用し得ることは言うまでもない。 In the first, fourth, and fifth embodiments, it is needless to say that the heterojunction having various compositions described in the second and third embodiments can be adopted, and the laminated film H can adopt a tapered shape.
また、上記実施の形態1〜5においては、積層体Hの側壁以外の場所にも電極(SE、OHE)を延在させたが、例えば、選択的化学的気相法あるいは斜め蒸着等の方法により、電極(特に、第1電極SE)を積層体Hの側壁にのみに接するような構成としてもよい。但し、側壁のみに成膜を行うことはその制御や材料選択が困難であり、上記実施の形態1〜5の装置構成および製造方法を採用することで、制御性良く特性の良好な半導体装置の形成が可能となる。 In the first to fifth embodiments, the electrodes (SE, OHE) are extended to places other than the side wall of the stacked body H. For example, a method such as a selective chemical vapor deposition method or an oblique deposition method is used. Thus, the electrode (particularly, the first electrode SE) may be in contact with only the side wall of the multilayer body H. However, it is difficult to control and select a material when forming a film only on the side wall. By adopting the device configuration and the manufacturing method of the first to fifth embodiments, a semiconductor device with good controllability and good characteristics can be obtained. Formation is possible.
(実施の形態6)
次いで、実施の形態1〜5において説明した半導体装置(ショットキーバリアダイオード)の適用例について説明する。
(Embodiment 6)
Next, application examples of the semiconductor device (Schottky barrier diode) described in the first to fifth embodiments will be described.
上記半導体装置は、例えば、ハイブリッド車などに使用される3相モータの駆動回路に使用することができる。 The semiconductor device can be used, for example, in a drive circuit for a three-phase motor used in a hybrid vehicle or the like.
図29は、3相モータの回路図である。図29に示すように、3相モータ回路は、3相モータ1、パワー半導体装置2、制御回路3を有している。3相モータ1は、位相の異なる3相の電圧により駆動するように構成されている。パワー半導体装置2は、3相モータ1を制御するスイッチング素子から構成されており、例えば、3相に対応してIGBT4とダイオード5が設けられている。すなわち、各単相において、電源電位(Vcc)と3相モータの入力電位との間にIGBT4とダイオード5が逆並列に接続されており、3相モータの入力電位と接地電位(GND)との間にもIGBT4とダイオード5が逆並列に接続されている。つまり、3相モータ1では、単相(各相)毎に2つのIGBT4と2つのダイオード5が設けられており、3相で6つのIGBT4と6つのダイオード5が設けられている。そして、個々のIGBT4のゲート電極には、一部図示を省略しているが制御回路3が接続されており、この制御回路3によって、IGBT4が制御されるようになっている。このように構成された3相モータの駆動回路において、制御回路3でパワー半導体装置2を構成するIGBT4(スイッチング素子)を流れる電流を制御することにより、3相モータ1を回転させるようになっている。つまり、IGBT4は、3相モータ1に電源電位(Vcc)を供給したり、あるいは、接地電位(GND)を供給したりするスイッチング素子として機能するものであり、このIGBT4のオン/オフのタイミングを制御回路3で制御することにより、3相モータ1を駆動することができるようになっている。
FIG. 29 is a circuit diagram of a three-phase motor. As shown in FIG. 29, the three-phase motor circuit has a three-
そして、IGBT4とダイオード5とは、図29に示すように、逆並列に接続されているが、このときのダイオードの機能について説明する。
The IGBT 4 and the
ダイオード5は、負荷がインダクタンスを含まない純抵抗である場合、還流するエネルギーがないため不要である。しかし、負荷にモータ(例えば、3相モータ)のようなインダクタンスを含む回路が接続されている場合、ONしているスイッチ(IGBT4)とは逆方向に負荷電流が流れるモードがある。このとき、IGBT4などのスイッチング素子単体では、この逆方向電流を流し得る機能をもたないので、IGBT4などのスイッチング素子に逆並列にダイオードを接続する必要がある。すなわち、インバータ回路において、モータ制御のように負荷にインダクタンスを含む場合、IGBT4などのスイッチング素子をターンOFFしたとき、インダクタンスに蓄えられたエネルギー(1/2LI2)を必ず放出しなければならない。IGBT4単体では、インダクタンスに蓄えられたエネルギーを開放するための逆方向電流を流すことができない。そこで、このインダクタンスに蓄えられた電気エネルギーを還流するため、IGBT4に逆並列にダイオード5を接続する。つまり、ダイオード5は、インダクタンスに蓄えられた電気エネルギーを開放するために逆方向電流を流すという機能を有している。
The
かかるダイオード5として上記実施の形態で説明した半導体装置を用いることで、回路特性を向上させることができる。
By using the semiconductor device described in the above embodiment as the
なお、上記3相モータ回路は、上記実施の形態で説明した半導体装置の適用例の一例に過ぎず、その良好なダイオード特性を生かし各種回路に適用可能であることは言うまでもない。 Needless to say, the three-phase motor circuit is merely an example of application of the semiconductor device described in the above embodiment, and can be applied to various circuits by taking advantage of its good diode characteristics.
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. .
本発明は、半導体装置に適用して有効である。 The present invention is effective when applied to a semiconductor device.
1 3相モータ
2 パワー半導体装置
3 制御回路
4 IGBT
5 ダイオード
103 基板
105 バッファ層
107、107a1 GaN膜
107a2 GaN膜
107b2 GaN膜
109、109a1 AlGaN膜
109a2 AlGaN膜
109b1 AlGaN膜
109b2 AlGaN膜
111 絶縁膜
113 絶縁膜
113a〜113d 絶縁膜
A 結晶欠陥
a〜d 領域
D ダミー積層体
G 溝
H 積層体
Ha1 ヘテロ接合体
Ha2 ヘテロ接合体
OHE 第2電極
SE 第1電極
W 幅
W1 幅
1 Three-
Claims (8)
前記第1積層体と、ショットキー接続される第1電極と、
前記第1積層体と、オーミック接続される第2電極と、
前記第1積層体と同層の積層物よりなる第2積層体と、
前記第1積層体と前記第2積層体との間であって、前記第2積層体を囲むように設けられた溝と、
を有し、
前記第2積層体は、前記第1電極の形成領域に配置され、
前記第1電極は、前記溝内部に配置され、
前記第2電極は、前記第2積層体と接触していない、ダイオード。 A first stacked body having at least one heterojunction in which a first film and a second film having different forbidden bandwidths are stacked;
The first stacked body, and a first electrode to be Schottky-connected,
The first laminate and a second electrode that is ohmically connected;
A second laminate comprising a laminate of the same layer as the first laminate,
A groove provided between the first stacked body and the second stacked body so as to surround the second stacked body;
I have a,
The second stacked body is disposed in a formation region of the first electrode,
The first electrode is disposed inside the groove;
The second electrode is a diode that is not in contact with the second stacked body .
前記第1膜はGaN膜であり、前記第2膜はAlGaN膜またはInAlN膜であるダイオード。 The diode of claim 1, wherein
The first film is a GaN film, and the second film is an AlGaN film or an InAlN film.
前記溝の幅は略1μmであることを特徴とするダイオード。 The diode of claim 1, wherein
The width of the groove is about 1 μm.
前記溝は、90度より大きく97度以下の傾斜の側壁を有するダイオード。 The diode of claim 1, wherein
The groove has a sidewall having an inclination greater than 90 degrees and less than 97 degrees.
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