JP2022100366A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図1に示すように、実施形態に係る半導体装置110は、第1~第3電極51~53、第1層10、第2層20、第3層30、及び、第1絶縁層41を含む。この例では、第2絶縁層42がさらに設けられている。
図2は、第1層10(第3部分領域13)、第3層30(第3窒化物領域33)、及び、第2絶縁層42(第3絶縁領域i3)を含む領域の断面TEM(Transmission Electron Microscope)像である。図2に示すように、第3部分領域13及び第3窒化物領域33が結晶であることが分かる。一方、第3絶縁領域i3(この例では、SiO2)はアモルファスである。第3窒化物領域33の結晶格子は、第3部分領域13の結晶格子を引き継いでいる。例えば、第3窒化物領域33は、第3部分領域13に対してエピタキシャル成長している。
図3(a)~図3(c)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図3(a)に示すように、積層体SBが設けられる。積層体SBは、Alx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含む第1層10と、Alx2Ga1-x2N(0<x1<x2≦1)を含む第2層20と、第1絶縁層41と、を含む。第2層20は、第1層10の上に設けられる。第1絶縁層41は、第2層20の上に設けられる。この積層体SBの第1絶縁層41の一部、及び、第2層20の一部を除去して、第1層10の一部10pを露出させる。例えば、RIEなどが実施される。第1絶縁層41は、例えばアモルファスである。
図4(a)~図4(d)は、半導体装置の特性を例示する模式図である。
図4(a)及び図4(c)は、半導体装置110に対応する。半導体装置110においては、第3層30の第3窒化物領域33の厚さt33は、薄い。図4(b)及び図4(d)は、半導体装置119に対応する。半導体装置119においては、第3層30の第3窒化物領域33の厚さt33は、半導体装置110における厚さt33よりも厚い。図4(a)及び図4(b)は、第1状態ST1に対応する。第1状態ST1においては、ゲート電圧Vgは、0ボルト(V)である。第1状態ST1は、オフ状態に対応する。図4(c)及び図4(d)は、第2状態ST2に対応する。第2状態ST2においては、ゲート電圧Vgは、0Vよりも大きく、しきい値電圧Vthよりも大きい。第2状態ST2は、オン状態に対応する。これらの図には、第3部分領域13、第3窒化物領域33及び第3絶縁領域i3を含む領域におけるエネルギーバンドの状態が模式的に示されている。これらの図には、伝導帯CB、荷電子帯VB及びフェルミレベルEFが例示されている。
図5の横軸は、厚さt33(nm)に対応する。縦軸は、移動度μ(cm2/Vs)に対応する。図5から分かるように、厚さt33が0.4nm以上2.5nm以下の範囲において、厚さt33が増大すると移動度μが上昇する。この現象は、厚さt33が0.4nm以上の範囲において、オン状態において、第3部分領域13の第3窒化物領域33の近傍に、キャリアが生じることと関係すると考えられる。
図6の横軸は、厚さt33(nm)に対応する。縦軸は、しきい値電圧Vth(V)に対応する。図6から分かるように、厚さt33が1.7nmを超えると、厚さt33が増大するとしきい値電圧Vthが低下する。厚さt33が2.5nmを超えると、しきい値電圧Vthは、負で、絶対値が大きくなる。厚さt33が過度に厚くなると、キャリアが過度に増え、しきい値電圧Vthが低下する。しきい値電圧Vthが過度に低下すると、ノーマリオフの動作が得難くなる。
本実施形態は、半導体装置の製造方法に係る。製造方法は、例えば、図3(a)~図3(c)に関して説明した処理を含む。
図7に示すように、積層体SBの第1絶縁層41の一部及び第2層20の一部を除去して、第1層10の一部10pを露出させる(ステップS110)。例えば、図3(a)に関して説明した処理が行われる。
図4(a)~図4(d)は、半導体装置の特性を例示する模式図である。
図4(a)及び図4(c)は、半導体装置110に対応する。半導体装置110においては、第3層30の第3窒化物領域33の厚さt33は、薄い。図4(b)及び図4(d)は、半導体装置119に対応する。半導体装置119においては、第3層30の第3窒化物領域33の厚さt33は、半導体装置110における厚さt33よりも厚い。図4(a)及び図4(b)は、第1状態ST1に対応する。第1状態ST1においては、ゲート電圧Vgは、0ボルト(V)である。第1状態ST1は、オフ状態に対応する。図4(c)及び図4(d)は、第2状態ST2に対応する。第2状態ST2においては、ゲート電圧Vgは、0Vよりも大きく、しきい値電圧Vthよりも大きい。第2状態ST2は、オン状態に対応する。これらの図には、第3部分領域13、第3窒化物領域33及び第3絶縁領域i3を含む領域におけるエネルギーバンドの状態が模式的に示されている。これらの図には、伝導帯CB、価電子帯VB及びフェルミレベルEFが例示されている。
Claims (1)
- 第1電極と、
第2電極であって、前記第1電極から前記第2電極への方向は第1方向に沿う、前記第2電極と、
第3電極であって、前記第3電極の前記第1方向における位置は、前記第1電極の前記第1方向における位置と、前記第2電極の前記第1方向における位置と、の間にある、前記第3電極と、
Alx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含む第1層であって、前記第1層は、第1~第5部分領域を含み、前記第4部分領域から前記第1電極への方向は、前記第1方向と交差する第2方向に沿い、前記第5部分領域から前記第2電極への方向は、前記第2方向に沿い、前記第3部分領域から前記第3電極への方向は、前記第2方向に沿い、前記第1部分領域は、前記第1方向において、前記第4部分領域と前記第3部分領域との間にあり、前記第2部分領域は、前記第1方向において、前記第3部分領域と前記第5部分領域との間にある、前記第1層と、
第1絶縁層であって、前記第1絶縁層は、第1層間領域及び第2層間領域を含み、前記第1部分領域から前記第1層間領域への方向は、前記第2方向に沿い、前記第2部分領域から前記第2層間領域への方向は、前記第2方向に沿う、前記第1絶縁層と、
Alx2Ga1-x2N(0<x1<x2≦1)を含む第2層であって、前記第2層は、前記第2方向において前記第1部分領域と前記第1層間領域との間に設けられた第1中間領域と、前記第2方向において前記第2部分領域と前記第2層間領域との間に設けられた第2中間領域と、を含む、前記第2層と、
Alx3Ga1-x3N(0<x1<x3≦1)を含む第3層であって、前記第3層は、第1~第3窒化部物領域を含み、前記第1層間領域は、前記第2方向において前記第1中間領域と前記第1窒化物領域との間にあり、前記第2層間領域は、前記第2方向において前記第2中間領域と前記第2窒化物領域との間にあり、前記第3窒化物領域は、前記第2方向において前記第3部分領域と前記第3電極との間にあり、前記第3窒化物領域の結晶性は、前記第1窒化物領域の結晶性よりも高く、前記第2窒化物領域の結晶性よりも高い、前記第3層と、
を備えた、半導体装置。
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