ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2018 года по МПК H01L29/78 H01L21/336 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к переключающему элементу и способу изготовления переключающего элемента.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] В публикации нерассмотренной патентной заявки Японии 2009-147381 (JP 2009-147381 А) раскрыт переключающий элемент, который включает в себя первый слой полупроводника n-типа (область стока), базовый слой р-типа и второй слой полупроводника n-типа (область истока). Второй слой полупроводника n-типа отделен от первого слоя полупроводника n-типа базовым слоем. Электрод затвора расположен напротив базового слоя, который находится в области, отделяющей первый слой полупроводника n-типа и второй слой полупроводника n-типа друг от друга, в пределах изолирующей пленки затвора. В переключающем элементе граница раздела между первым слоем полупроводника n-типа и базовым слоем имеет наклонную поверхность, которая наклонена так, что глубина базового слоя увеличивается при увеличении расстояния от края базового слоя. Наклонная поверхность расположена ниже электрода затвора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В результате исследования авторами изобретения обнаружено, что электрическое поле, воздействующее на изолирующую пленку затвора, может быть ослаблено путем обеспечения наклонной поверхности на границе раздела между базовым слоем ниже электрода затвора и первым слоем полупроводника n-типа.

[0004] В переключающем элементе, раскрытом в JP 2009-147381 А, наклонная поверхность расположена на границе раздела между базовым слоем ниже электрода затвора и первым слоем полупроводника n-типа. Однако в JP 2009-147381 базовый слой образован диффузионным слоем. В случае, когда базовый слой образован диффузионным слоем, примеси диффундируют к стороне первого слоя полупроводника n-типа со стороны базового слоя, и, таким образом, наклонная поверхность имеет форму, изогнутую так, что выступает в направлении первого слоя полупроводника n-типа. Таким образом, когда наклонная поверхность изогнута, наклонная поверхность становится относительно узкой, и эффект ослабления электрического поля, воздействующего на изолирующую пленку затвора, относительно уменьшается. Поэтому в этом описании предусмотрен переключающий элемент, способный более эффективно ослаблять электрическое поле, воздействующее на изолирующую пленку затвора.

[0005] Первый объект настоящего изобретения относится к переключающему элементу, содержащему полупроводниковую подложку, изолирующую пленку затвора и электрод затвора. Полупроводниковая подложка включает в себя первый слой полупроводника n-типа, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки, базовый слой р-типа, образованный эпитаксиальным слоем, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки, и второй слой полупроводника n-типа, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки и отделенный от первого слоя полупроводника n-типа базовым слоем. Изолирующая пленка затвора сконфигурирована для покрытия зоны, перекрывающей поверхность первого слоя полупроводника n-типа, поверхность базового слоя между первым слоем полупроводника n-типа и вторым слоем полупроводника n-типа, а также поверхность второго слоя полупроводника n-типа. Электрод затвора сконфигурирован так, что расположен напротив базового слоя между первым слоем полупроводника n-типа и вторым слоем полупроводника n-типа в пределах изолирующей пленки затвора. Граница раздела между первым слоем полупроводника n-типа и базовым слоем включает в себя наклонную поверхность, при этом наклонная поверхность наклонена так, что глубина базового слоя увеличивается, когда расстояние в горизонтальном направлении от края базового слоя увеличивается, и наклонная поверхность расположена под электродом затвора.

[0006] В переключающем элементе в соответствии с первым объектом настоящего изобретения граница раздела между базовым слоем под электродом затвора и первым слоем полупроводника n-типа выполнена с наклонной поверхностью. Кроме того, в переключающем элементе базовый слой образован эпитаксиальным слоем, и диффузии примесей в сторону первого слоя полупроводника n-типа со стороны базового слоя почти не происходит. Поэтому при такой структуре переключающего элемента можно обеспечить наклонную поверхность, которая едва изогнута на границе раздела между базовым слоем и первым слоем полупроводника n-типа и получить относительно широкую наклонную поверхность. Поэтому при такой структуре можно эффективно ослаблять электрическое поле, воздействующее на изолирующую пленку затвора.

[0007] В переключающем элементе в соответствии с первым объектом настоящего изобретения угол наклонной поверхности относительно поверхности полупроводниковой подложки может составлять меньше 60°.

[0008] В переключающем элементе в соответствии с первым объектом настоящего изобретения граница раздела может включать в себя приповерхностную часть границы раздела, проходящую вниз от поверхности полупроводниковой подложки ниже электрода затвора и имеющую угол наклона относительно поверхности полупроводниковой подложки, который равен или больше 80° и равен или меньше 90°, при этом наклонная поверхность может быть расположена снизу от приповерхностной части границы раздела, а угол наклонной поверхности относительно поверхности полупроводниковой подложки может составлять меньше 60°.

[0009] В переключающем элементе в соответствии с первым объектом настоящего изобретения полупроводниковая подложка может включать в себя, по меньшей мере, два базовых слоя и два вторых слоя полупроводника n-типа, а изолирующая пленка затвора может покрывать зону, перекрывающую поверхность разделительного участка, который представляет собой участок, расположенный между двумя базовыми слоями в первом слое полупроводника n-типа, поверхность базового слоя, который является участком, расположенным между разделительным участком и вторым слоем полупроводника n-типа, и часть поверхности второго слоя полупроводника n-типа.

[0010] Второй объект настоящего изобретения относится к способу изготовления переключающего элемента, при этом переключающий элемент содержит полупроводниковую подложку, которая включает в себя первый слой полупроводника n-типа, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки, базовый слой р-типа и второй слой полупроводника n-типа, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки и отделенный от первого слоя полупроводника n-типа базовым слоем, изолирующую пленку затвора и электрод затвора, который расположен напротив базового слоя между первым слоем полупроводника n-типа и вторым слоем полупроводника n-типа в пределах изолирующей пленки затвора. Способ включает формирование маски, в которой проделано окно на верхней поверхности полупроводниковой подложки; травление верхней поверхности полупроводниковой подложки через окно для формирования углубленного участка и формирование углубленного участка таким образом, чтобы боковая поверхность углубленного участка выполняла функцию наклонной поверхности, наклоненной так, чтобы при травлении глубина углубленного участка увеличивалась по мере увеличения расстояния в горизонтальном направлении от края углубленного участка относительно верхней поверхности полупроводниковой подложки; удаление маски; эпитаксиальное наращивание базового слоя на верхней поверхности полупроводниковой подложки и внутри углубленного участка посредством эпитаксиального роста; полировку верхней поверхности полупроводниковой подложки; выборочное введение ионов примесей n-типа в часть базового слоя для образования второго слоя полупроводника n-типа; формирование изолирующей пленки затвора так, чтобы покрыть зону, перекрывающую поверхность первого слоя полупроводника n-типа, поверхность базового слоя между первым слоем полупроводника n-типа и вторым слоем полупроводника n-типа и поверхность второго слоя полупроводника n-типа; формирование электрода затвора, чтобы полностью покрыть верхнюю поверхность изолирующей пленки затвора; формирование межслойной изолирующей пленки, чтобы покрыть поверхность полупроводниковой подложки и поверхность электрода затвора; формирование контактного стержня в контактном отверстии, расположенном в межслойной изолирующей пленке; размещение верхнего электрода на верхней поверхности межслойной изолирующей пленки; и размещение нижнего электрода на поверхности, противоположной поверхности, на которой сформирована межслойная изолирующая пленка в полупроводниковой подложке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость примеров осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:

Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе полевого МОП-транзистора согласно Примеру 1;

Фиг. 2 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую распределение электрического поля полевого МОП-транзистора, имеющего относительно широкую наклонную поверхность;

Фиг. 3 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую распределение электрического поля полевого МОП-транзистора согласно Сравнительному примеру 1;

Фиг. 4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую распределение электрического поля полевого МОП-транзистора согласно Сравнительному примеру 2;

Фиг. 5 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую сравнение сопротивлений в открытом состоянии;

Фиг. 6 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую сравнение электрического поля, воздействующего на изолирующую пленку затвора;

Фиг. 7 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую процесс изготовления полевого МОП-транзистора в соответствии с Примером 1;

Фиг. 8 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую процесс изготовления полевого МОП-транзистора в соответствии с Примером 1;

Фиг. 9 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую процесс изготовления полевого МОП-транзистора в соответствии с Примером 1;

Фиг. 10 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую процесс изготовления полевого МОП-транзистора в соответствии с Примером 1;

Фиг. 11 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую процесс изготовления полевого МОП-транзистора в соответствии с примером 1;

Фиг. 12 представляет собой вид в разрезе полевого МОП-транзистора согласно Примеру 2; и

Фиг. 13 представляет собой 22 диаграмму, иллюстрирующую процесс изготовления полевого МОП-транзистора в соответствии с Примером 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Полевой МОП-транзистор 10, показанный на фиг. 1, включает в себя полупроводниковую подложку 12 из GaN. Полупроводниковая подложка 12 из GaN представляет собой полупроводниковую подложку, содержащую нитрид галлия (GaN) в качестве основного компонента.

[0013] Полупроводниковая подложка 12 из GaN включает в себя множество истоковых слоев 40, множество базовых слоев 42 и стоковый слой 44.

[0014] Каждый из истоковых слоев 40 представляет собой область n-типа и выходит к верхней поверхности 12а полупроводниковой подложки 12 из GaN.

[0015] Каждый базовый слой 42 является областью р-типа и расположен вблизи соответствующего истокового слоя 40. Каждый из базовых слоев 42 покрывает боковую поверхность и нижнюю поверхность соответствующего истокового слоя 40. Каждый базовый слой 42 выходит к верхней поверхности 12а полупроводниковой подложки 12 из GaN в зоне, примыкающей к истоковому слою 40.

[0016] Стоковый слой 44 является областью n-типа и расположен под базовыми слоями 42. Кроме того, стоковый слой 44 также расположен между парой базовых слоев 42. В дальнейшем участок стокового слоя 44, который расположен между базовыми слоями 42, именуется разделительным участком 44а. Разделительный участок 44а может именоваться область JFET. Разделительный участок 44а выходит к верхней поверхности 12а полупроводниковой подложки 12 из GaN. Кроме того, стоковый слой 44 выходит к, по существу, всей области нижней поверхности 12b полупроводниковой подложки 12 из GaN. Стоковый слой 44 отделен от каждого истокового слоя 40 каждым базовым слоем 42.

[0017] Граница 50 раздела между базовым слоем 42 и стоковым слоем 44 является поверхностью pn-перехода. Граница 50 раздела включает наклонную поверхность 52, которая является областью между базовым слоем 42 и разделительным участком 44а. Наклонная поверхность 52 пролегает наклонно вниз от верхней поверхности 12а полупроводниковой подложки 12 из GaN. Наклонная поверхность 52 проходит к нижней поверхности базового слоя 42. Наклонная поверхность 52 наклонена к верхней поверхности 12а, так что при увеличении расстояния вдоль горизонтального направления (направления, параллельного верхней поверхности 12а) от края 42а базового слоя 42 глубина базового слоя 42 (то есть расстояние между верхней поверхностью 12а и нижним краем базового слоя 42) увеличивается. Угол 9 (угол, измеренный внутри базового слоя 42) между наклонной поверхностью 52 и верхней поверхностью 12а составляет менее 60°. В нижней части базового слоя 42 граница 50 раздела проходит, по существу, параллельно верхней поверхности 12а.

[0018] На верхней поверхности 12а полупроводниковой подложки 12 из GaN расположены изолирующая пленка 28 затвора, электрод 26 затвора, межслойная изолирующая пленка 24, контактный стержень 22 и верхний электрод 20.

[0019] Изолирующая пленка 28 затвора перекрывает участок верхней поверхности 12а полупроводниковой подложки 12 из GaN. Изолирующая пленка 28 затвора охватывает часть поверхности истокового слоя 40 вблизи базового слоя 42, поверхность базового слоя 42 между истоковым слоем 40 и разделительным участком 44а и поверхность разделительного участка 44а. Часть (то есть часть поверхностного слоя базового слоя между истоковым слоем 40 и разделительным участком 44а), которая находится в контакте с изолирующей пленкой 28 затвора в каждом базовом слое 42, представляет собой канальную область 42b, в которой образован канал. Изолирующая пленка 28 затвора образована изолятором, таким как оксид кремния.

[0020] Электрод 26 затвора расположен на изолирующей пленке 28 затвора. Электрод 26 затвора расположен напротив истокового слоя 40, базового слоя 42 (то есть канальной области 42b) и стокового слоя 44 (то есть разделительного участка 44а) в пределах изолирующей пленки 28 затвора. Электрод 26 затвора изолирован от полупроводниковой подложки 12 из GaN изолирующей пленкой 28 затвора.

[0021] Межслойная изолирующая пленка 24 покрывает верхнюю поверхность 12а в зоне, которая не покрыта изолирующей пленкой 28. Изолирующая пленка 24 затвора покрывает поверхность электрода 26 затвора. Межслойная изолирующая пленка 24 выполнена из изолятора, такого как оксид кремния.

[0022] Межслойная изолирующая пленка 24 снабжена множеством контактных отверстий, и в каждом из контактных отверстий расположен контактный стержень 22. Некоторые из контактных стержней 22 на своем нижнем конце соединены с истоковым слоем 40, а другие контактные стержни 22 на своем нижнем конце соединены с базовым слоем 42.

[0023] Верхний электрод 20 расположен на межслойной изолирующей пленке 24. Верхний электрод 20 находится в контакте с верхней поверхностью каждого контактного стержня 22. Верхний электрод 20 соединен с истоковым слоем 40 и базовым слоем 42 через контактный стержень 22.

[0024] Нижний электрод 30 расположен на нижней поверхности 12b полупроводниковой подложки 12 из GaN. Нижний электрод 30 соединен со стоковым слоем 44.

[0025] Когда потенциал электрода 26 затвора увеличивается до значения, равного или превышающего пороговое значение потенциала затвора (минимальный потенциал затвора, необходимый для включения полевого МОП-транзистора 10), электроны тянутся к канальной области 42b базового слоя 42 и, таким образом, в канальной области 42b образуется канал. Истоковый слой 40 и стоковый слой 44 соединены друг с другом через канал, и, таким образом, электроны текут к стоковому слою 44 от истокового слоя 40. В полевом МОП-транзисторе 10 канальная область 42b (то есть базовый слой 42) является эпитаксиальным слоем, и, таким образом, в канальной области 42b имеется небольшое количество дефектов кристалла. Поэтому полевой МОП-транзистор 10 имеет относительно низкое сопротивление в открытом состоянии.

[0026] Кроме того, в МОП-транзисторе 10 граница 50 раздела в части, расположенной ниже канальной области 42b, служит в качестве наклонной поверхности 52. По этой причине электроны, прошедшие через канальную область 42b, стекают вниз во время рассеивания, как показано стрелками 100 на фиг. 1. Соответственно, сопротивление в открытом состоянии полевого МОП-транзистора 10 дополнительно уменьшается.

[0027] Когда потенциал электрода 26 затвора уменьшается до значения, которое меньше порогового значения потенциала затвора, канал исчезает, и поток электронов останавливается. То есть полевой МОП-транзистор 10 выключается. Когда полевой МОП-транзистор 10 выключен, обратное напряжение (то есть, напряжение, позволяющее стоковому слою 44 иметь больший потенциал, чем у базового слоя 42), подается на pn-переход границы 50 раздела. По этой причине, обедненный слой расширяется от базового слоя 42 до стокового слоя 44, и, таким образом, стоковый слой 44 обедняется. Когда стоковый слой 44 обеднен, в стоковом слое 44 генерируется распределение потенциала. Распределение потенциала генерируется через стоковый слой 44 и изолирующую пленку 28 затвора. По этой причине электрическое поле воздействует через стоковый слой 44 и изолирующую пленку 28 затвора.

[0028] На фиг. 2-4 проиллюстрированы результаты, полученные путем вычисления распределения потенциала в выключенном полевом МОП-транзисторе посредством моделирования. На фиг. 2-4 пунктирная линия обозначает эквипотенциальную линию. Между тем, на фиг. 2 проиллюстрировано распределение потенциала в полевом МОП-транзисторе, имеющем относительно широкую наклонную поверхность 52, и полученное имитацией Примера 1, а на фиг. 3 и 4 соответственно проиллюстрировано распределение потенциалов в полевых МОП-транзисторах согласно Сравнительным примерам 1 и 2. В полевом МОП-транзисторе согласно Сравнительному примеру 1, показанному на фиг. 3, граница 50 раздела не имеет наклонной поверхности 52, и граница 50 раздела между базовым слоем 42 и разделительным участком 44а проходит так, чтобы быть, по существу, перпендикулярной верхней поверхности 12а. В полевом МОП-транзисторе согласно Сравнительному примеру 2, показанному на фиг. 4, хотя граница 50 раздела имеет наклонную поверхность 52, наклонная поверхность 52 изогнута так, что выгнута в сторону стокового слоя 44, и наклонная поверхность 52 является относительно узкой. В случае, когда базовый слой 42 образован диффузионным слоем, примеси р-типа распространяются в направлении стокового слоя 44 из базового слоя 42 во время активирования примесей, даже когда относительно широкая наклонная поверхность 52 предусмотрена на стадии введения примесей, и, таким образом, наклонная поверхность 52 изогнута к стоковому слою 44. В результате, как показано на фиг. 4, наклонная поверхность 52 становится относительно узкой. На фиг. 3 и фиг. 4 интервал между эквипотенциальными линиями вблизи изолирующей пленки 28 затвора на разделительном участке 44а становится меньше, чем на фиг. 2. Из фиг. 2-4 можно понять, что электрическое поле, воздействующее на изолирующую пленку 28 затвора, ослабляется, когда наклонная поверхность 52 является относительно широкой, как показано на фиг. 2.

[0029] Кроме того, на фиг. 5 и фиг. 6 проиллюстрировано сравнение характеристик полевого МОП-транзистора с фиг. 2 и полевого МОП-транзистора согласно Сравнительным примерам 1 и 2 (фиг. 3 и фиг. 4). На фиг. 5 проиллюстрирована взаимосвязь между напряжением BV сток-исток и сопротивлением в открытом состоянии. На фиг. 6 показана взаимосвязь между напряжением BV сток-исток и электрическим полем, воздействующим на оксидную пленку. Из фиг. 5 можно понять, что полевой МОП-транзистор на фиг. 2 может получить сопротивление в открытом состоянии, равное величинам сопротивления МОП-транзисторов согласно Сравнительным примерам 1 и 2. Кроме того, из фиг. 6 можно понять, что электрическое поле, воздействующее на изолирующую пленку 28 затвора в полевом МОП-транзисторе на фиг. 2, меньше, чем в полевых МОП-транзисторах согласно Сравнительным примерам 1 и 2 в случае, когда напряжение стока и напряжение истока равны друг другу. Из вышеописанных результатов следует, что в полевом МОП-транзисторе 10, имеющим относительно широкую наклонную поверхность 52 в Примере 1, можно в большей степени подавлять электрическое поле, воздействующее на изолирующую пленку 28 затвора, чем в полевых МОП-транзисторах согласно Сравнительным примерам 1 и 2, при достижении сопротивления в открытом состоянии, равного сопротивлению в открытом состоянии в полевых МОП-транзисторах согласно Сравнительным примерам 1 и 2.

[0030] Далее будет описан способ изготовления полевого МОП-транзистора 10 в примере 1. Сначала, как показано на фиг. 7, маска 58, в которой проделано окно 60, формируется на верхней поверхности 12а полупроводниковой подложки 12 из GaN. Затем верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 12 из GaN в окне 60 вытравливают для формирования углубленного участка 62. При этом углубленный участок 62 формируют так, что боковая поверхность углубленного участка 62 служит в качестве наклонной поверхности 63, которая наклонена к верхней поверхности полупроводниковой подложки 12 из GaN (более подробно, которая наклонена так, что глубина углубленного участка 62 увеличивается по мере увеличения расстояния от края 62а углубленного участка 62) путем подбора условий травления. Например, можно сформировать наклонную поверхность 63 путем уменьшения толщины маски 58, поскольку расстояние до окна 60 уменьшается и дополнительно уменьшает разницу в скорости травления между маской 58 и полупроводниковой подложкой 12 из GaN, путем регулирования условий, таких как тип газа, давление и мощность радиочастоты. При этом углубленный участок 62 формируют так, что угол 9 между наклонной поверхностью 63 и верхней поверхностью полупроводниковой подложки 12 из GaN установлен равным менее 60°.

[0031] Затем снимают маску 58, а базовый слой 42, который представляет собой слой полупроводника GaN р-типа, выращивают эпитаксиально на верхней поверхности полупроводниковой подложки 12 из GaN и внутри углубленного участка 62 посредством эпитаксиального наращивания, как показано на фиг. 8. В дальнейшем весь слой полупроводника GaN, включающий в себя стоковый слой 44 и базовый слой 42, именуется полупроводниковой подложкой 12 из GaN.

[0032] Затем верхнюю поверхность (то есть поверхность базового слоя 42) полупроводниковой подложки 12 из GaN полируют с помощью химико-механической полировки (ХМП). Здесь, как показано на фиг. 9, разделительный участок 44а стокового слоя 44 выходит к верхней поверхности полупроводниковой подложкой 12 из GaN. Кроме того, базовый слой 42 остается внутри углубленного участка 62.

[0033] Далее, как показано на фиг. 10, ионы примесей n-типа избирательно вводят в часть базового слоя 42 для формирования истокового слоя 40.

[0034] Далее, как показано на фиг. 11, формируют изолирующую пленку 28 затвора. Изолирующую пленку 28 затвора формируют так, чтобы покрыть зону, перекрывающую поверхность истокового слоя 40 вблизи базового слоя 42, поверхность базового слоя 42 между истоковым слоем 40 и разделительным участком 44а и поверхность разделительного слоя 44а. Далее, как показано на фиг. 11, электрод 26 затвора формируют так, чтобы покрыть всю верхнюю поверхность изолирующей пленки 28 затвора. После этого формируют межслойную изолирующую пленку 24, контактный стержень 22, верхний электрод 20 и нижний электрод 30, тем самым завершая формирование МОП-транзистора 10, показанного на фиг. 1.

[0035] Как описано выше, в полевом МОП-транзисторе 10 в соответствии с Примером 1 базовый слой 42 представляет собой эпитаксиальный слой. По этой причине, когда формируется базовый слой 42, примеси р-типа с трудом проникают в стоковый слой 44 из базового слоя 42. Поэтому можно сделать границу 50 раздела, по существу, такой же формы, как и форма поверхности углубленного участка 62. По этой причине базовый слой 42 выполнен в виде эпитаксиального слоя, и, таким образом, можно сделать наклонную поверхность 52, имеющую желаемую форму. То есть базовый слой 42 выполнен в виде эпитаксиального слоя, и, таким образом, можно сделать наклонную поверхность 52 относительно широкой, устраняя кривизну наклонной поверхности 52. Поэтому полевой МОП-транзистор 10 в соответствии с Примером 1 может эффективно ослаблять электрическое поле, воздействующее на изолирующую пленку 28 затвора.

[0036] Полевой МОП-транзистор согласно Примеру 2, показанный на фиг. 12, отличается от полевого МОП-транзистора 10 согласно Примеру 1 тем, что граница 50 раздела между базовым слоем 42 и разделительным участком 44а (то есть стоковый слой 44) имеет приповерхностную часть 53 границы раздела и наклонную поверхность 52. Другие конфигурации полевого МОП-транзистора согласно Примеру 2 такие же, что и у МОП-транзистора 10 в соответствии с примером 1. Приповерхностная часть 53 границы раздела представляет собой часть границы 50 раздела, которая расположена вблизи верхней поверхности 12а. Угол θ1 между приповерхностной частью 53 границы раздела и верхней поверхностью 12а равен или больше 80° и равен или меньше 90°. То есть приповерхностная часть 53 границы раздела, по существу, проходит вертикально вниз от верхней поверхности 12а. Наклонная поверхность 52 расположена ниже приповерхностной части 53 границы раздела. Верхний край наклонной поверхности 52 соединен с нижним краем приповерхностной части 53 границы раздела. Наклонная поверхность 52 наклонена к верхней поверхности 12а так, что глубина базового слоя 42 увеличивается, когда расстояние вдоль горизонтального направления от края 42а базового слоя 42 увеличивается. Угол 02 между наклонной поверхностью 52 и верхней поверхностью 12а составляет менее 60°.

[0037] В полевом МОП-транзисторе согласно Примеру 2 базовый слой 42 является эпитаксиальным слоем, и, таким образом, наклонная поверхность 52 является относительно широкой. Поэтому в полевом МОП-транзисторе в соответствии с Примером 2 ослабляется электрическое поле, подаваемое на изолирующую пленку 28 затвора.

[0038] Кроме того, в полевом МОП-транзисторе согласно Примеру 2, приповерхностная часть 53 границы раздела находится в положении, которое выше наклонной поверхности 52. По этой причине в случае, когда ширина разделительного участка 44а в соответствии с Примером 1 и Примером 2 устанавливается одинаковой, расстояние между наклонной поверхностью 52 и истоковым слоем 40 в Примере 2 становится больше, чем в Примере 1. В состоянии, в котором полевой МОП-транзистор включен, обедненный слой локально генерируется вблизи границы 50 раздела, включая наклонную поверхность 52. В полевом МОП-транзисторе согласно Примеру 2, расстояние между обедненным слоем, генерируемым вблизи наклонной поверхности 52 во включенном состоянии, и истоковым слоем 40 больше, чем в полевом МОП-транзисторе 10 в соответствии с Примером 1. По этой причине в полевом МОП-транзисторе в соответствии с Примером 2 короткоканальный эффект практически не достигается. Поэтому в конструкции по Примеру 2 можно в большей степени устранять изменение порогового значения затвора из-за короткоканального эффекта.

[0039] Кроме того, когда приповерхностная часть 53 границы раздела, проходящая таким образом, чтобы быть, по существу, перпендикулярной верхней поверхности 12а, расположена, как и в примере 2, вряд ли может произойти изменение ширины (то есть расстояния между приповерхностными частями 53 границ раздела, расположенными в Примере 2 с обеих сторон разделительного участка 44а) на верхней поверхности 12а разделительного участка 44а между полевыми МОП-транзисторами при массовом производстве. Когда ширина разделительного участка 44а относительно большая, на изолирующую пленку 28 затвора легко подается высокое электрическое поле на разделительном участке 44а. Согласно конструкции полевого МОП-транзистора согласно Примеру 2, изменение ширины разделительного участка 44а устраняется, и, таким образом, можно стабильно устранять электрическое поле, воздействующее на изолирующую пленку 28 затвора.

[0040] Полевой МОП-транзистор согласно Примеру 2 может быть изготовлен путем формирования углубленного участка 62, имеющего форму, показанную на фиг. 13, с последующим выполнением того же процесса, что и в примере 1. Углубленный участок 62, имеющий форму, показанную на фиг. 13, можно получить, сначала сформировав углубленный участок 62, как на фиг. 7, аналогичный Примеру 1, а затем дополнительно произведя травление углубленного участка 62 в условиях, при которых травление равномерно протекает вдоль направления толщины полупроводниковой подложки 12 из GaN.

[0041] Хотя полевой МОП-транзистор описан в Примерах 1 и 2, описанных выше, способ, описанный в этом описании, может быть применен к БТИЗ (биполярный транзистор с изолированным затвором). Можно получить структуру БТИЗ, добавив слой р-типа между нижним электродом 30 и стоковым слоем 44.

[0042] Кроме того, в Примерах 1 и 2, описанных выше, полупроводниковая подложка 12 из GaN использовалась в качестве полупроводниковой подложки. Однако, способ, раскрытый в этом описании, может быть применен к переключающему элементу, включающему в себя полупроводниковую подложку, содержащую SiC или Si в качестве основного компонента. При этом способ, описанный здесь, особенно эффективен в случае, когда используется полупроводниковая подложка, в которой тяжело управлять диффузией примесей, т.е. подложка из GaN или SiC.

[0043] Далее будет описана взаимосвязь между элементами Примеров и элементами формулы изобретения. Стоковый слой 44 в примерах является примером первого слоя полупроводника n-типа. Истоковый слой 40 в примерах является примером второго слоя полупроводника n-типа.

[0044] Технические элементы настоящего изобретения будут описаны ниже.

[0045] В переключающем элементе, который является примером настоящего изобретения, граница раздела между первым слоем полупроводника n-типа и базовым слоем пролегает вниз от поверхности полупроводниковой подложки ниже электрода затвора, а приповерхностная часть границы раздела имеет угол к поверхности полупроводниковой подложки, равный или больше 80° либо равный или меньше 90°. Наклонная поверхность расположена снизу от приповерхностной части 53 границы раздела. Угол наклонной поверхности по отношению к поверхности полупроводниковой подложки составляет менее 60°.

[0046] При этом в этом описании угол границы раздела (т.е., приповерхностной части границы раздела или наклонной поверхности) относительно поверхности полупроводниковой подложки означает угол, который измеряют внутри базового слоя.

[0047] Как описано выше, хотя примеры осуществления изобретения были описаны подробно, это только примеры, и они не ограничивают объем формулы изобретения. Способ, описанный в формуле изобретения, включает в себя различные модификации и изменения конкретных примеров, описанных выше. Технические элементы, описанные в этом описании или чертежах, показывают техническую полезность независимо или в различных комбинациях и не ограничиваются комбинациями, описанными в формуле изобретения на момент подачи заявки. Кроме того, способ, описанный в этом описании или чертежах, одновременно обеспечивает решение множества задач и имеет техническую полезность даже тогда, когда он обеспечивает решение одной из задач.

Переключающий элемент включает в себя полупроводниковую подложку, которая включает в себя первый слой полупроводника n-типа, базовый слой р-типа, образованный эпитаксиальным слоем, и второй слой полупроводника n-типа, отделенный от первого слоя полупроводника n-типа базовым слоем, изолирующую пленку затвора, которая покрывает зону, перекрывающую поверхность первого слоя полупроводника n-типа, поверхность базового слоя и поверхность второго слоя полупроводника n-типа, а также электрод затвора, который расположен напротив базового слоя в пределах изолирующей пленки затвора. Граница раздела между первым слоем полупроводника n-типа и базовым слоем включает в себя наклонную поверхность. Наклонная поверхность наклонена таким образом, что глубина базового слоя увеличивается при увеличении расстояния в горизонтальном направлении от края базового слоя. Наклонная поверхность расположена под электродом затвора. Изобретение обеспечивает более эффективное ослабление электрического поля, воздействующего на изолирующую пленку затвора. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Переключающий элемент, содержащий: полупроводниковую подложку, включающую в себя

первый слой полупроводника n-типа, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки,

базовый слой р-типа, образованный эпитаксиальным слоем, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки, и

второй слой полупроводника n-типа, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки и отделенный от первого слоя полупроводника n-типа базовым слоем;

изолирующую пленку затвора, сконфигурированную для покрытия зоны, пересекающей поверхность первого слоя полупроводника n-типа, поверхность базового слоя между первым слоем полупроводника n-типа и вторым слоем полупроводника n-типа, а также поверхность второго слоя полупроводника n-типа; и

электрод затвора, сконфигурированный так, что он расположен напротив базового слоя между первым слоем полупроводника n-типа и вторым слоем полупроводника n-типа в пределах изолирующей пленки затвора,

при этом граница раздела между первым слоем полупроводника n-типа и базовым слоем включает в себя наклонную поверхность, причем наклонная поверхность наклонена таким образом, что глубина базового слоя увеличивается с увеличением расстояния в горизонтальном направлении от края базового слоя, и наклонная поверхность расположена под электродом затвора.

2. Переключающий элемент по п. 1, в котором угол наклонной поверхности относительно поверхности полупроводниковой подложки составляет менее 60°.

3. Переключающий элемент по п. 1, в котором:

граница раздела включает в себя приповерхностную часть границы раздела, пролегающую вниз от поверхности полупроводниковой подложки под электродом затвора и имеющую угол относительно поверхности полупроводниковой подложки, равный или больше 80° и равный или меньше 90°;

наклонная поверхность расположена снизу от приповерхностной части границы раздела; и

угол наклонной поверхности относительно поверхности полупроводниковой подложки составляет менее 60°.

4. Переключающий элемент согласно любому из пп. 1-3, в котором: полупроводниковая подложка включает в себя по меньшей мере два базовых слоя и два вторых слоя полупроводника n-типа; и

изолирующая пленка затвора покрывает зону, перекрывающую поверхность разделительного участка, который является участком, расположенным между двумя базовыми слоями в первом слое полупроводника n-типа, поверхность базового слоя, который является участком, расположенным между разделительным участком и вторым слоем полупроводника n-типа, и часть поверхности второго слоя полупроводника n-типа.

5. Способ изготовления переключающего элемента, содержащего полупроводниковую подложку, которая включает в себя первый слой полупроводника n-типа, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки, базовый слой р-типа и второй слой полупроводника n-типа, выходящий к поверхности полупроводниковой подложки и отделенный от первого слоя полупроводника n-типа базовым слоем, а также изолирующую пленку затвора и электрод затвора, который расположен напротив базового слоя между первым слоем полупроводника n-типа и вторым слоем полупроводника n-типа в пределах изолирующей пленки затвора, при этом способ включает в себя:

формирование маски, в которой проделано окно в верхней поверхности полупроводниковой подложки;

травление верхней поверхности полупроводниковой подложки полупроводника через окно для формирования углубленного участка и формирование углубленного участка таким образом, чтобы боковая поверхность углубленного участка выполняла функцию наклонной поверхности, наклоненной так, чтобы при травлении глубина углубленного участка увеличивалась по мере увеличения расстояния в горизонтальном направлении от края углубленного участка относительно верхней поверхности полупроводниковой подложки;

удаление маски;

эпитаксиальное наращивание базового слоя на верхней поверхности полупроводниковой подложки и внутри углубленного участка посредством эпитаксиального роста;

полировку верхней поверхности полупроводниковой подложки;

избирательное введение ионов примесей n-типа в часть базового слоя для образования второго слоя полупроводника n-типа;

формирование изолирующей пленки затвора так, чтобы покрыть зону, перекрывающую поверхность первого слоя полупроводника n-типа, поверхность базового слоя между первым слоем полупроводника n-типа и вторым слоем полупроводника n-типа и поверхность второго слоя полупроводника n-типа;

формирование электрода затвора, с тем чтобы полностью покрыть верхнюю поверхность изолирующей пленки затвора;

формирование межслойной изолирующей пленки так, чтобы покрыть поверхность полупроводниковой подложки и поверхность электрода затвора;

формирование контактного стержня в контактном отверстии, расположенном в межслойной изолирующей пленке;

размещение верхнего электрода на верхней поверхности межслойной изолирующей пленки; и

размещение нижнего электрода на поверхности, противоположной поверхности, на которой межслойная изолирующая пленка образована в полупроводниковой подложке.