JP2022180722A - 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(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図1(b)は、図1(a)の一部の断面図である。
図2(a)は、第2窒化物領域45bを含む領域を例示している。図2(b)は、第3窒化物領域45cを含む領域を例示している。第2窒化物領域45bにおいて、窒化物部材45は、複数の第1窒化物部分81と、複数の第2窒化物部分82と、を含む。第3窒化物領域45cにおいて、窒化物部材45は、複数の第1窒化物部分81と、複数の第2窒化物部分82と、を含む。このように、第2窒化物領域45b及び第3窒化物領域45cにおいても、上記の積層構造が設けられて良い。
図1(b)に示すように、複数の第1窒化物部分81のそれぞれは、積層方向Ds1に沿う第1厚さt1を有する。複数の第2窒化物部分82のそれぞれは、積層方向Ds1に沿う第2厚さt2を有する。第1厚さt1及び第2厚さt2は、適切に定められて良い。
図3(a)~図3(c)は、第2実施形態に係る半導体装置の一部を例示する模式的断面図である。
これらの図は、第1~第3窒化物領域45a~45cをそれぞれ含む領域に対応する。実施形態に係る半導体装置111も、第1電極51、第2電極52、第3電極53、半導体部材10M、第1絶縁部材41及び窒化物部材45を含む。半導体装置111における窒化物部材45の構成が、半導体装置110における窒化物部材45の構成と異なる。これを除く半導体装置111の構成は、半導体装置110の構成と同様で良い。
図4の横軸は、組成比αに対応する。縦軸は、組成比βに対応する。図4に示される特性において、InαAlβGa1-α-βN及びGaNにおいて、格子ミスマッチ、ひずみ、自発分極及びピエゾ分極が考慮されている。
2.207×α ≦ β ≦ 1.92×α+0.394
を満たすことが好ましい。これにより、InαAlβGa1-α-βNの分極は、GaNの分極の-100%~GaNの分極の範囲となる。
2.207×α ≦ β ≦ 2.204×α+0.212
を満たすことが好ましい。これにより、InαAlβGa1-α-βNの分極は、GaNの分極の-50%~GaNの分極の範囲となる。適切な分極が得られ、適切な高いしきい値電圧が得られる。
2.207×α < β < 1.92×α+0.394
を満たしても良い。
2.207×α < β < 2.204×α+0.212
を満たしても良い。
Claims (20)
- 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1電極部分を含む第3電極であって、前記第1電極部分の前記第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、
第1半導体領域及び第2半導体領域を含む半導体部材であって、
前記第1半導体領域は、Alx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含み、前記第1半導体領域は、第1部分領域、第2部分領域、第3部分領域、第4部分領域及び第5部分領域を含み、前記第1部分領域から前記第1電極への方向、前記第2部分領域から前記第2電極への方向、及び、前記第3部分領域から前記第1電極部分への方向は、前記第1方向と交差する第2方向に沿い、前記第4部分領域の前記第1方向における位置は、前記第1部分領域の前記第1方向における位置と、前記第3部分領域の前記第1方向における位置との間にあり、前記第5部分領域の前記第1方向における位置は、前記第3部分領域の前記第1方向における前記位置と、前記第2部分領域の前記第1方向における位置と、の間にある、前記第1半導体領域と、
前記第2半導体領域は、Alx2Ga1-x2N(0<x2<1、x1<x2)を含み、前記第2半導体領域は、第1半導体部分及び第2半導体部分を含み、前記第4部分領域から前記第1半導体部分への方向は前記第2方向に沿い、前記第5部分領域から前記第2半導体部分への方向は前記第2方向に沿い、前記第1半導体部分は、前記第1電極と電気的に接続され、前記第2半導体部分は、前記第2電極と電気的に接続された、
前記半導体部材と、
第1絶縁領域を含む第1絶縁部材であって、前記第1絶縁領域は、前記第2方向において前記第3部分領域と前記第1電極部分との間にあり、前記第1絶縁領域の少なくとも一部は、前記第1方向において前記第4部分領域と前記第5部分領域との間にある、前記第1絶縁部材と、
第1窒化物領域を含む窒化部材であって、前記第1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1絶縁領域との間にあり、前記窒化物部材は、複数の第1窒化物部分と、複数の第2窒化物部分と、を含み、前記半導体部材から前記第1電極部分への積層方向において、前記複数の第1窒化物部分の1つは、前記複数の第2窒化物部分の1つと、前記複数の第2窒化物部分の別の1つと、の間にあり、前記複数の第1窒化物部分の前記1つにおける組成は、前記複数の第2窒化物部分の前記1つにおける組成と異なり、前記複数の第2窒化物部分の前記別の1つにおける組成と異なる、前記窒化物部材と、
を備えた半導体装置。 - 前記積層方向において、前記複数の第2窒化物部分の前記1つは、前記複数の第1窒化物部分の前記1つと、前記複数の第1窒化物部分の別の1つと、の間にあり、
前記複数の第1窒化物部分の前記別の1つにおける組成は、前記複数の第2窒化物部分の前記1つにおける前記組成と異なり、前記複数の第2窒化物部分の前記別の1つにおける前記組成と異なる、請求項1記載の半導体装置。 - 前記第1窒化物領域において、前記積層方向は、前記第2方向に沿う、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記複数の第1窒化物部分の前記1つは、Iny1Alz1Ga1-y1-z1N(0≦y1≦1、0≦z1≦1、y1+z1≦1)を含み、
前記複数の第2窒化物部分の前記1つは、Iny2Alz2Ga1-y2-z2N(0≦y2≦1、0≦z2≦1、y2+z2≦1、y2≠y1、z2≠z1)を含む、請求項1~3のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記窒化物部材における平均の組成は、InαAlβGa1-α-βN(0≦α≦1、0≦β≦1、α+β≦1)であり、
前記α及び前記βは、
2.207×α ≦ β ≦ 1.92×α+0.394
を満たす、請求項1~4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記複数の第1窒化物部分のそれぞれは、Iny1Alz1Ga1-y1-z1N(0≦y1≦1、0≦z1≦1、y1+z1≦1)を含み、
前記複数の第2窒化物部分のそれぞれは、Iny2Alz2Ga1-y2-z2N(0≦y2≦1、0≦z2≦1、y2+z2≦1、y2≠y1、z2≠z1)を含み、
前記複数の第1窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第1厚さt1を有し、
前記複数の第2窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第2厚さt2を有し、
前記複数の第1窒化物部分の数は、n1(n1は2以上の整数)であり、
前記複数の第2窒化物部分の数は、n2(n2は2以上の整数)であり、
前記窒化物部材における平均の組成は、InαAlβGa1-α-βN(0≦α≦1、0≦β≦1、α+β≦1)であり、
前記αは、(t1×y1×n1+t2×y2×n2)/(t1×n1+t2×n2)であり、
前記βは、(t1×z1×n1+t2×z2×n2)/(t1×n1+t2×n2)であり、
前記α及び前記βは、
2.207×α ≦ β ≦ 1.92×α+0.394
を満たす、請求項1~4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記複数の第1窒化物部分のそれぞれは、Iny1Alz1Ga1-y1-z1N(0≦y1≦1、0≦z1≦1、y1+z1≦1)を含み、
前記複数の第2窒化物部分のそれぞれは、Iny2Alz2Ga1-y2-z2N(0≦y2≦1、0≦z2≦1、y2+z2≦1、y2≠y1、z2≠z1)を含み、
前記複数の第1窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第1厚さt1を有し、
前記複数の第2窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第2厚さt2を有し、
前記複数の第1窒化物部分の数は、n1(n1は2以上の整数)であり、
前記複数の第2窒化物部分の数は、n2(n2は2以上の整数)であり、
前記窒化物部材は、InαAlβGa1-α-βN(0≦α≦1、0≦β≦1、α+β≦1)を含み、
前記αは、(t1×y1×n1+t2×y2×n2)/(t1×n1+t2×n2)であり、
前記βは、(t1×z1×n1+t2×z2×n2)/(t1×n1+t2×n2)であり、
前記α及び前記βは、
2.207×α ≦ β ≦ 2.204×α+0.212
を満たす、請求項1~4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記x1は、0.1未満である請求項6または7に記載の半導体装置。
- 前記窒化物部材は、1または複数の第3窒化物部分をさらに含み、
前記1または複数の第3窒化物部分は、前記積層方向において、前記複数の第1窒化物部分の前記1つと、前記複数の第2窒化物部分の前記1つと、の間にあり、
前記1または複数の前記第3窒化物部分における組成は、前記複数の第1窒化物部分の前記1つにおける前記組成とは異なり、前記複数の第2窒化物部分の前記1つにおける前記組成と異なり、前記複数の第2窒化物部分の前記別の1つにおける前記組成と異なる、請求項1記載の半導体装置。 - 前記複数の第1窒化物部分のそれぞれは、Iny1Alz1Ga1-y1-z1N(0≦y1≦1、0≦z1≦1、y1+z1≦1)を含み、
前記複数の第2窒化物部分のそれぞれは、Iny2Alz2Ga1-y2-z2N(0≦y2≦1、0≦z2≦1、y2+y2≦1、y2≠y1、z2≠z1)を含み、
前記1または複数の第3窒化物部分のそれぞれは、Iny3Alz3Ga1-y3-z3N(0≦y3≦1、0≦z3≦1、y3+z3≦1、y3≠y1、y3≠y2、z3≠z1、z3≠z2)を含み、
前記複数の第1窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第1厚さt1を有し、
前記複数の第2窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第2厚さt2を有し、
前記1または複数の第3窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第3厚さt3を有し、
前記複数の第1窒化物部分の数は、n1(n1は2以上の整数)であり、
前記複数の第2窒化物部分の数は、n2(n2は2以上の整数)であり、
前記1または複数の第3窒化物部分の数は、n3(n3は1以上の整数)であり、
前記窒化物部材は、InαAlβGa1-α-βN(0≦α≦1、0≦β≦1、α+β≦1)を含み、
前記αは、(t1×y1×n1+t2×y2×n2+t3×y3×n3)/(t1×n1+t2×n2+t3×n3)であり、
前記βは、(t1×z1×n1+t2×z2×n2+t3×z3×n3)/(t1×n1+t2×n2+t3×n3)であり、
前記α及び前記βは、
2.207×α ≦ β ≦ 1.92×α+0.394
を満たす、請求項9記載の半導体装置。 - 前記複数の第1窒化物部分のそれぞれは、Iny1Alz1Ga1-y1-z1N(0≦y1≦1、0≦z1≦1、y1+z1≦1)を含み、
前記複数の第2窒化物部分のそれぞれは、Iny2Alz2Ga1-y2-z2N(0≦y2≦1、0≦z2≦1、y2+y2≦1、y2≠y1、z2≠z1)を含み、
前記1または複数の第3窒化物部分のそれぞれは、Iny3Alz3Ga1-y3-z3N(0≦y3≦1、0≦z3≦1、y3+z3≦1、y3≠y1、y3≠y2、z3≠z1、z3≠z2)を含み、
前記複数の第1窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第1厚さt1を有し、
前記複数の第2窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第2厚さt2を有し、
前記1または複数の第3窒化物部分のそれぞれは、前記積層方向に沿う第3厚さt3を有し、
前記複数の第1窒化物部分の数は、n1(n1は2以上の整数)であり、
前記複数の第2窒化物部分の数は、n2(n2は2以上の整数)であり、
前記1または複数の第3窒化物部分の数は、n3(n3は1以上の整数)であり、
前記窒化物部材は、InαAlβGa1-α-βN(0≦α≦1、0≦β≦1、α+β≦1)を含み、
前記αは、(t1×y1×n1+t2×y2×n2+t3×y3×n3)/(t1×n1+t2×n2+t3×n3)であり、
前記βは、(t1×z1×n1+t2×z2×n2+t3×z3×n3)/(t1×n1+t2×n2+t3×n3)であり、
前記α及び前記βは、
2.207×α ≦ β ≦ 2.204×α+0.212
を満たす、請求項9記載の半導体装置。 - 前記複数の第1窒化物部分のそれぞれの厚さは、0.1nm以上5nm以下であり、
前記複数の第2窒化物部分のそれぞれの厚さは、0.1nm以上5nm以下である、請求項1~11のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記複数の第1窒化物部分の前記1つにおける結晶格子は、前記複数の第2窒化物部分の前記1つにおける結晶格子と連続し、
前記複数の第1窒化物部分の前記1つにおける前記結晶格子は、前記複数の第2窒化物部分の前記別の1つにおける結晶格子と、連続した、請求項1~12のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1窒化物領域における結晶格子は、前記第3部分領域における結晶格子と連続した、請求項1~13のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1絶縁部材は、第2絶縁領域及び第3絶縁領域を含み、
前記第2絶縁領域の少なくとも一部は、前記第1方向において前記第1半導体部分と前記第1電極部分との間にあり、
前記第3絶縁領域の少なくとも一部は、前記第1方向において前記第1電極部分と前記第2半導体部分との間にあり、
前記窒化物部材は、第2窒化物領域及び第3窒化物領域を含み、
前記第2窒化物領域の少なくとも一部は、前記第1方向において、前記第1半導体部分と、前記第2絶縁領域の前記少なくとも一部と、の間にあり、
前記第3窒化物領域の少なくとも一部は、前記第1方向において、前記第3絶縁領域の前記少なくとも一部と、前記第2半導体部分と、の間にある、請求項1~14のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記窒化物部材は、第4窒化物領域及び第5窒化物領域を含み、
前記第1半導体部分は、前記第2方向において、前記第4部分領域と前記第4窒化物領域との間にあり、
前記第2半導体部分は、前記第2方向において、前記第5部分領域と前記第5窒化物領域との間にある、請求項15記載の半導体装置。 - 前記第2窒化物領域において、前記積層方向は、前記第1方向に沿い、
前記第3窒化物領域において、前記積層方向は、前記第1方向に沿う、請求項15または16に記載の半導体装置。 - 第1絶縁部分及び第2絶縁部分を含む第2絶縁部材をさらに備え、
前記第1半導体部分は、前記第2方向において、前記第4部分領域と前記第1絶縁部分との間にあり、
前記第2半導体部分は、前記第2方向において、前記第5部分領域と前記第2絶縁部分との間にあり、
前記第1絶縁部材は、シリコン及び酸素を含み、
前記第2絶縁部材は、シリコン及び窒素を含み、
前記第1絶縁部材は、窒素を含まない、または、前記第1絶縁部材における窒素の濃度は、前記第2絶縁部材における窒素の濃度よりも低く、
前記第2絶縁部材は、酸素を含まない、または、前記第2絶縁部材における酸素の濃度は、前記第1絶縁部材における酸素の濃度よりも低い、請求項1~17のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1電極部分の一部は、前記第1方向において、前記第4部分領域と前記第5部分領域との間にある、請求項1~18のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1電極部分の別の一部は、前記第1方向において、前記第1半導体部分と前記第2半導体部分との間にある、請求項1~19のいずれか1つに記載の半導体装置。
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