JP2022187961A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特性を安定化できる半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体装置は、第１電極、第２電極、第３電極、第１半導体領域、第２半導体領域、第１導電部材及び絶縁部材を含む。第３電極の第１方向における位置は、第１電極の第１方向における位置と、第２電極の第１方向における位置と、の間にある。絶縁部材は、第１窒化物領域及び第２窒化物領域を含む。第１窒化物領域における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第１比は、第２窒化物領域における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第２比よりも低い。第１窒化物領域は、第１窒化物端部を含む。第１窒化物端部は、第２半導体領域と接し、第１方向において第２窒化物領域と対向する。第１窒化物端部の第１方向における位置は、第１導電端部の第１方向における位置と、第２電極の第１方向における位置と、の間にある。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

半導体装置において、安定した特性が望まれる。

特開２０１２－１７５０１８号公報

本発明の実施形態は、特性を安定化できる半導体装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、半導体装置は、第１電極、第２電極、第３電極、第１半導体領域、第２半導体領域、第１導電部材及び絶縁部材を含む。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１半導体領域は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む。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、第５部分領域及び第６部分領域を含む。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３電極への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う。前記第４部分領域は、前記第１方向において、前記第１部分領域と前記第３部分領域との間にある。前記第５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２部分領域との間にある。前記第６部分領域は、前記第１方向において、前記第５部分領域と前記第２部分領域との間にある。前記第２半導体領域は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む。前記第２半導体領域は、第１半導体部分、第２半導体部分及び第３半導体部分を含む。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方向に沿う。前記第１導電部材は、前記第１電極及び前記第３電極の第１の１つと電気的に接続される。または、前記第１の１つと電気的に接続されることが可能である。前記第１導電部材は、前記第１方向における第１導電端部を含む。前記第１導電端部の前記第１方向における位置は、前記第３電極の前記第１方向における前記位置と、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。前記絶縁部材は、第１窒化物領域及び第２窒化物領域を含む。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１窒化物領域との間にある。前記第３半導体部分は、前記第２方向において、前記第６部分領域と前記第２窒化物領域との間にある。前記第１窒化物領域は、シリコン及び窒素を含む。前記第２窒化物領域は、シリコン及び窒素を含む。前記第１窒化物領域における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第１比は、前記第２窒化物領域における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第２比よりも低い。前記第１窒化物領域は、第１窒化物端部を含む。前記第１窒化物端部は、前記第２半導体領域と接し、前記第１方向において前記第２窒化物領域と対向する。前記第１窒化物端部の前記第１方向における位置は、前記第１導電端部の前記第１方向における前記位置と、前記第２電極の前記第１方向における前記位置と、の間にある。

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２は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。 図３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４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５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６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７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８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９は、第２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１０は、第３実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 図１１は、第３実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 図１２は、第４実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 図１３は、第４実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、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。

（第１実施形態）
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電極５１、第２電極５２、第３電極５３、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０、第１導電部材６１、及び、絶縁部材４０を含む。

第１電極５１から第２電極５２への方向は第１方向に沿う。第１方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

第３電極５３の第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第２電極５２の第１方向における位置と、の間にある。１つの例において、第３電極５３の少なくとも一部が、第１方向において、第１電極５１と第２電極５２との間にある。

第１半導体領域１０は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む。組成比ｘ１は、例えば０以上０．２未満である。１つの例において、第１半導体領域１０は、ＧａＮ層である。または、第１半導体領域１０は、Ａｌ組成比が低い（例えば０．２未満）ＡｌＧａＮ層でも良い。

第１半導体領域１０は、第１部分領域１０ａ、第２部分領域１０ｂ、第３部分領域１０ｃ、第４部分領域１０ｄ、第５部分領域１０ｅ及び第６部分領域１０ｆを含む。第１部分領域１０ａから第１電極５１への方向、第２部分領域１０ｂから第２電極５２への方向、及び、第３部分領域１０ｃから第３電極５３への方向は、第２方向に沿う。第２方向は、例えばＺ軸方向である。例えば、第１部分領域１０ａは、第２方向において第１電極５１と重なる部分である。例えば、第２部分領域１０ｂは、第２方向において第２電極５２と重なる部分である。例えば、第３部分領域１０ｃは、第２方向において第３電極５３と重なる部分である。

第４部分領域１０ｄは、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１部分領域１０ａと第３部分領域１０ｃとの間にある。第５部分領域１０ｅは、第１方向において、第３部分領域１０ｃと第２部分領域１０ｂとの間にある。第６部分領域１０ｆは、第１方向において、第５部分領域１０ｅと第２部分領域１０ｂとの間にある。第１～第６部分領域１０ａ～１０ｆの互いの境界は不明確で良い。これらの部分領域のそれぞれは、第１半導体領域１０のなかの「部的な位置」でも良い。

第２半導体領域２０は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む。組成比ｘ２は、例えば、０．０５以上１以下である。第２半導体領域２０は、ＡｌＧａＮ層である。第２半導体領域２０におけるＡｌの組成比は、第１半導体領域１０におけるＡｌの組成比よりも高い。

第２半導体領域２０は、第１半導体部分２１、第２半導体部分２２及び第３半導体部分２３を含む。第４部分領域１０ｄから第１半導体部分２１への方向は、第２方向（Ｚ軸方向）に沿う。第５部分領域１０ｅから第２半導体部分２２への方向は、第２方向（Ｚ軸方向）に沿う。第６部分領域１０ｆから第３半導体部分２３への方向は、第２方向（Ｚ軸方向）に沿う。図１に示すように、第２半導体領域２０は、第４半導体部分２４を含んでも良い。第４半導体部分２４は、第２方向において第３部分領域１０ｃと第３電極５３との間にある。第１～第４半導体部分２１～２４の互いの境界は不明確で良い。

第１導電部材６１は、第１電極５１及び第３電極５３の第１の１つと電気的に接続される。または、第１導電部材６１は、上記の第１の１つと電気的に接続されることが可能である。この例では、第１導電部材６１は、接続部材６１Ｓにより、第１電極５１と電気的に接続される。接続部材６１Ｓは、図１に示す断面とは異なる位置に設けられても良い。接続部材６１Ｓは、半導体装置１１０とは別に設けられても良い。

第１導電部材６１は、第１方向（Ｘ軸方向）における端部（第１導電端部６１ｅ）を含む。第１導電端部６１ｅの第１方向における位置は、第３電極５３の第１方向における位置と、第２電極５２の第１方向における位置と、の間にある。第１導電端部６１ｅは、第１導電部材６１のうちの、第２電極５２の側の端部である。

絶縁部材４０は、第１窒化物領域４１及び第２窒化物領域４２を含む。第２半導体部分２２は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第５部分領域１０ｅと第１窒化物領域４１との間にある。第３半導体部分２３は、第２方向において、第６部分領域１０ｆと第２窒化物領域４２との間にある。

第１窒化物領域４１は、シリコン及び窒素を含む。第２窒化物領域４２は、シリコン及び窒素を含む。これらの窒化物領域は、例えば、窒化シリコン層である。

第１窒化物領域４１における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の比を第１比（Ｓｉ／Ｎｉ）とする。第２窒化物領域４２における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の比を第２比（Ｓｉ／Ｎ）とする。これらの濃度の比は、窒素の組成比に対するシリコンの組成比に対応する。実施形態において、第１比は、第２比よりも低い。第１窒化物領域４１は、例えば、相対的にＮリッチの窒化シリコン層である。第２窒化物領域４２は、例えば、相対的にＳｉリッチの窒化シリコン層である。Ｓｉ及び窒素の組成比は、窒化物領域を形成する際の条件（例えばＳｉの原料ガスの流量、及び、窒素の原料ガスの流量）を変更することで、変更できる。

第１窒化物領域４１は、第１窒化物端部４１ｅを含む。第１窒化物端部４１ｅは、第２半導体領域２０と接し、第１方向（Ｘ軸方向）において第２窒化物領域４２と対向する。第１窒化物端部４１ｅは、第１窒化物領域４１のうちの、第２電極５２の側の端部である。第１窒化物端部４１ｅは、第２窒化物領域４２と接して良い。

第１窒化物端部４１ｅの第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１導電端部６１ｅの第１方向における位置と、第２電極５２の第１方向における位置と、の間にある。例えば、第１窒化物端部４１ｅと第２電極５２との間の距離は、第１導電端部６１ｅと第２電極５２との間の距離よりも短い。

例えば、第１半導体領域１０の第２半導体領域２０に対向する領域において、キャリア領域１０Ｃが形成される。キャリア領域１０Ｃは、例えば２次元電子ガスである。第１電極５１と第３電極５３との間の距離は、第２電極５２と第３電極５３との間の距離よりも短い。

第１電極５１と第２電極５２との間に流れる電流は、第３電極５３の電位により制御できる。第３電極５３の電位は、例えば、第１電極５１の電位を基準とした電位である。第１電極５１は、例えば、ソース電極として機能する。第２電極５２は、例えば、ドレイン電極として機能する。第３電極５３は、例えば、ゲート電極として機能する。半導体装置１１０は、例えば、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）である。第１導電部材６１は、例えばフィールドプレートとして機能する。第１導電部材６１が設けられることで、電界の集中が抑制される。

上記のように、実施形態に係る半導体装置１１０においては、組成が異なる窒化物領域が設けられる。第１窒化物領域４１の端（第１窒化物端部４１ｅ）が、第１導電端部６１ｅと第２電極５２との間に設けられる。これにより、例えば、電流コラプスが抑制できる。例えば、高い耐圧を維持できる。実施形態によれば、特性を安定化できる半導体装置が提供できる。

例えば、組成が互いに異なる第１窒化物領域４１及び第２窒化物領域４２の代わりに、組成が均一な窒化物領域が第２半導体領域２０の上に設けられる参考例がある。この参考例において、窒化物領域の全体がＮリッチである場合、電流コラプスが大きくなる。一方、参考例において、窒化物領域の全体がＳｉリッチである場合、耐圧が低くなる傾向がある。

電流コラプスは、第２電極５２（例えばドレイン電極）の近傍の特性に依存する傾向があることがわかった。一方、耐圧は、第３電極５３（例えばゲート電極）及び第１導電部材６１（例えばフィールドプレート）の近傍の特性に依存する傾向があることがわかった。実施形態においては、第３電極５３と第２電極５２との間の領域において、窒化物領域の組成比を変化させる。これにより、電流コラプスを抑制しつつ高い耐圧が得られる。実施形態によれば、特性を安定化できる半導体装置が提供できる。

例えば、ゲート電極の近傍にＳｉリッチの窒化物領域を適用すると、耐圧が低下し易い。これは、以下が原因であると考えられる。

窒化物領域における組成比Ｓｉ／Ｎが高く、窒化物領域がＳｉリッチになると、例えば、キャリア領域１０Ｃ（２次元電子ガス）の空乏化電圧が上昇する。このため、ゲート電極の近傍にＳｉリッチの窒化物領域を適用すると、空乏化電圧の上昇に伴って、空乏層がドレイン電極側に広がり難くなる。このため、ゲート電極の近傍にＳｉリッチの窒化物領域を適用するとゲート電極の付近に電界が集中し易くなる。このため、耐圧が低下し易くなる。

空乏層がドレイン電極に到達すると、ドレイン電極の近傍において電界が集中して、電流コラプスが増大し易くなる。ドレイン電極の近傍にＳｉリッチの窒化物領域を適用することで、空乏層がドレイン電極に到達する電圧を上昇させることができる。これにより電流コラプスを抑制できる。

例えば、第３電極５３の近くの窒化物領域におけるＳｉ／Ｎの比を低くし（Ｎリッチ）、第２電極５２の近くの窒化物領域におけるＳｉ／Ｎの比を高く（Ｓｉリッチ）することで、高い耐圧を維持しつつ電流コラプスを抑制できる。

図１に示すように、第２電極５２は、第２電極端部５２ｅを含む。第２電極端部５２ｅは、第３半導体部分２３（第２半導体領域２０）及び第２窒化物領域４２と接する。第２電極端部５２ｅは、第２電極５２と第２半導体領域２０とが互いに接する部分の、第３電極５３側の端部に対応する。

第１導電端部６１ｅの第１方向（Ｘ軸方向）における位置と、第１窒化物端部４１ｅの第１方向における位置と、の間の第１方向に沿う距離を第１距離Ｌ１とする。第１導電端部６１ｅの第１方向における位置と、第２電極端部５２ｅの第１方向における位置と、の間の第１方向に沿う距離を第２距離Ｌ２とする。実施形態において、第１距離Ｌ１は、０を超える。第１距離Ｌ１は、第２距離Ｌ２未満である。

図２は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
図２は、第２半導体領域２０の上に、上記の第１窒化物領域４１及び第２窒化物領域４２を設けたときの特性を例示している。図２の横軸は、第１距離Ｌ１の第２距離Ｌ２に対する比ＲＬである。比ＲＬが０のときは、第１窒化物端部４１ｅが第１導電端部６１ｅとＺ軸方向において重なる。比ＲＬが１のときは、第１窒化物端部４１ｅが第２電極端部５２ｅとＺ軸方向において重なる。図２の縦軸は、ドレイン電圧ストレスを加えたときの抵抗増加率ＣＣ１である。抵抗増加率ＣＣ１の高低は、電流コラプスの大小に対応する。この例では、第１窒化物領域４１におけるＳｉ／Ｎの比は、０．６９であり、第２窒化物領域４２におけるＳｉ／Ｎの比は、０．８０である。図２において、１つの比ＲＬについて３つの黒丸が示されている。３の黒丸は、１つの比ＲＬの条件に関して取得された３つのデータに対応する。白丸は、３つのデータの中央値に対応する。

図２に示すように、この条件の場合、比ＲＬが０．１５よりも低い場合（図中の破線よりも低）、絶縁破壊が生じる。比ＲＬが０．１５以上において、抵抗増加率ＣＣ１が低いと、小さい電流コラプスが得られる。実施形態において、比ＲＬは０．４３以上であることが好ましい。これにより、高い耐圧が得やすい。比ＲＬは０．７以上であることがさらに好ましい。これにより、高い耐圧が安定して得られ、電流コラプスが効果的に抑制できる。比ＲＬは、１未満であることが好ましい。比ＲＬは、例えば、０．９６以下であることが好ましい。

実施形態において、第１窒化物領域４１における第１比（Ｓｉ／Ｎ）は、例えば、０．７５よりも低いことが好ましい。第１比は、０．７２以下でも良い。

実施形態において、第２窒化物領域４２における第２比（Ｓｉ／Ｎ）は、例えば、０．７５以上であることが好ましい。第２比は、０．７５以上０．９６以下でも良い。第２比は、第２比は、０．７８以上０．９６以下でも良い。第２比は、０．７８以上０．９３以下でも良い。第２比は、０．７８以上０．８５以下でも良い。

図１に示すように、半導体装置１１０は、基体１０ｓ及び窒化物層１１Ｂを含んでも良い。基体１０ｓの上に窒化物層１１Ｂが設けられる。窒化物層１１Ｂの上に第１半導体領域１０が設けられる。第１半導体領域１０の上に第２半導体領域２０が設けられる。基体１０ｓは、例えば、基板である。基体１０ｓは、例えば、シリコン基板またはＳｉＣ基板などでも良い。窒化物層１１Ｂは、例えば、窒化物半導体を含んでも良い。窒化物層１１Ｂは、例えば、Ａｌ、Ｇａ及びＮを含む。窒化物層１１Ｂは、例えば、バッファ層である。

図１に示すように、第１窒化物領域４１の第２方向（Ｚ軸方向）に沿う厚さを厚さｔ１とする。厚さｔ１は、例えば、０．５ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２窒化物領域４２の第２方向に沿う厚さを厚さｔ２とする。厚さｔ２は、例えば、０．５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。このような厚さにより、例えば、所望のしきい値電圧が得やすくなる。このような厚さにより、例えば、高いゲート信頼性が得やすくなる。例えば、厚さｔ１は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下でも良い。

図１に示すように、絶縁部材４０の一部４０ｐは、第３電極５３と第１導電部材６１との間に設けられても良い。絶縁部材４０の一部４０ｐは、例えば、シリコンと、第１元素と、を含む。第１元素は、酸素及び窒素の少なくともいずれかを含む。１つの例において、絶縁部材４０の一部４０ｐは、酸化シリコンを含む。この場合、絶縁部材４０の一部４０ｐは窒素を含まなくても良い。または、第１窒化物領域４１及び第２窒化物領域４２における窒素の濃度は、絶縁部材４０の一部４０ｐにおける窒素の濃度よりも高くても良い。絶縁部材４０の一部４０ｐは、第３電極５３と第１導電部材６１との間を電気的に絶縁する。絶縁部材４０の一部４０ｐは、窒化シリコンでも良い。

図１に示すように、第２窒化物領域４２の少なくとも一部は、第３半導体部分２３と接する。第１窒化物領域４１の少なくとも一部は、第２半導体部分２２と接する。この例では、第１窒化物領域４１から第２窒化物領域４２への方向は、第１方向（Ｘ軸方向）に沿う。

以下、実施形態に係る半導体装置に関してのいくつかの例について説明する。
図３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３に示すように、実施形態に係る半導体装置１１０ａにおいては、第２窒化物領域４２の少なくとも一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第３半導体部分２３と第１窒化物領域４１の一部との間にある。例えば、第１窒化物領域４１の一部が、第２窒化物領域４２の上に設けられる。半導体装置１１０ａにおけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０の構成と同様で良い。

図４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４に示すように、実施形態に係る半導体装置１１０ｂにおいては、第１窒化物領域４１の少なくとも一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第２半導体部分２２と第２窒化物領域４２の一部との間にある。例えば、第２窒化物領域４２の一部が、第１窒化物領域４１の上に設けられる。半導体装置１１０ｂにおけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０の構成と同様で良い。

図５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５に示すように、実施形態に係る半導体装置１１０ｃにおいては、第３電極５３は、第２方向（Ｚ軸方向）において第１窒化物領域４１の一部と第２窒化物領域４２の一部との間にある。半導体装置１１０ｃにおけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０ｂの構成と同様で良い。

半導体装置１１０ａ～１１０ｃにおいても、例えば、電流コラプスが抑制できる。例えば、高い耐圧を維持できる。特性を安定化できる半導体装置が提供できる。

半導体装置１１０、及び、１１０ａ～１１０ｃにおいて、第１窒化物領域４１の一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において第２半導体領域２０と第３電極５３との間にある。第１窒化物領域４１の一部は、第３部分領域１０ｃと第３電極５３との間にある。

図６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６に示すように、実施形態に係る半導体装置１１１においては、第１導電部材６１は、接続部材６１Ｇにより、第３電極５３と電気的に接続されている。半導体装置１１１におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０の構成と同様で良い。

図７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７に示すように、実施形態に係る半導体装置１１２においては、第１導電部材６１及び第２導電部材６２が設けられる。半導体装置１１２におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０の構成と同様で良い。

既に説明したように、第１導電部材６１は、第１電極５１及び第３電極５３の第１の１つと電気的に接続される。または、第１導電部材６１は、上記の第１の１つと電気的に接続されることが可能である。この例では、第１導電部材６１は、接続部材６１Ｓにより、第１電極５１と電気的に接続される。

第２導電部材６２は、第１電極５１及び第３電極５３の第２の１つと電気的に接続される。または、第２導電部材６２は、上記の第２の１つと電気的に接続されることが可能である。上記の第２の１つは、第１電極５１及び第３電極５３の他方でも良い。この例では、第２導電部材６２は、接続部材６２Ｇにより、第３電極５３と電気的に接続される。

第２導電部材６２は、第１方向（Ｘ軸方向）における第２導電端部６２ｅを含む。第２導電端部６２ｅの第１方向における位置は、第３電極５３の第１方向における位置と、第１導電端部６１ｅの第１方向における位置と、の間にある。第２導電部材６２は、第２のフィールドプレートとして機能する。第２導電部材６２が設けられることで、電界の集中がより抑制される。

第２導電部材６２の第２方向（Ｚ軸方向）における位置は、第３電極５３の第２方向における位置と、第１導電部材６１の第２方向における位置と、の間にある。

図８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８に示すように、実施形態に係る半導体装置１１３においては、第１導電部材６１、第２導電部材６２及び第３導電部材６３が設けられる。半導体装置１１３におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０～１１２の構成と同様で良い。

第３導電部材６３は、第２電極５２と電気的に接続される。または、第３導電部材６３は、第２電極５２と電気的に接続されることが可能である。この例では、第３導電部材６３は、接続部材６３Ｄにより第２電極５２と電気的に接続される。

第３導電部材６３は、第１方向（第１方向）における第３導電端部６３ｅを含む。第３導電端部６３ｅは、例えば、第３導電部材６３の第３電極５３の側の端部である。第１窒化物端部４１ｅの第１方向（第１方向）における位置は、第１導電端部６１ｅの第１方向における位置と、第３導電端部６３ｅとの第１方向における位置と、の間にある。

半導体装置１１１～１１３においても、例えば、電流コラプスが抑制できる。例えば、高い耐圧を維持できる。特性を安定化できる半導体装置が提供できる。

（第２実施形態）
図９は、第２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９に示すように、実施形態に係る半導体装置１２０も、第１～第３電極５１～５３、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０、第１導電部材６１、及び、絶縁部材４０を含む。絶縁部材４０は、第１絶縁膜４５を含む。半導体装置１２０において、第１～第３電極５１～５３、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０、及び、第１導電部材６１には、第１実施形態に関して説明した構成を適用できる。

第１絶縁膜４５は、第１絶縁領域４５ａを含む。第１絶縁領域４５ａは、第３部分領域１０ｃと第３電極５３との間に設けられる。第１絶縁領域４５ａは、例えば、ゲート絶縁膜として機能する。

第１絶縁膜４５は、シリコンと酸素とを含む。第１絶縁膜４５は窒素を含まない。または、第１絶縁膜４５における窒素の濃度は、第２窒化物領域４２における窒素の濃度よりも低い。第１絶縁膜４５は、例えば、酸化シリコン膜（例えば二酸化シリコン膜）である。第１絶縁膜４５が設けられることで、しきい値電圧の変化がより抑制できる。

半導体装置１２０においても、第１窒化物領域４１及び第２窒化物領域４２が設けられる。第１窒化物領域４１における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第１比（Ｓｉ／Ｎ）は、第２窒化物領域４２における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第２比（Ｓｉ／Ｎ）よりも低い。第１窒化物端部４１ｅの第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１導電端部６１ｅの第１方向における位置と、第２電極５２の第１方向における位置と、の間にある。例えば、電流コラプスが抑制できる。例えば、高い耐圧を維持できる。特性を安定化できる半導体装置が提供できる。

図９に示すように、この例では、第３電極５３の少なくとも一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において第１半導体部分２１と第２半導体部分２２との間にある。第３電極５３はリセス型のゲートである。このような構成により、例えば、高いしきい値が得やすい。例えば、ノーマリオフの特性が得られる。

図９に示すように、第１絶縁膜４５は、第２絶縁領域４５ｂ及び第３絶縁領域４５ｃを含んでも良い。第２絶縁領域４５ｂは、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１半導体部分２１と第３電極５３との間にある。第３絶縁領域４５ｃは、第１方向において、第３電極５３と第２半導体部分２２との間にある。

図９に示すように、第１絶縁膜４５は、第４絶縁領域４５ｄ及び第５絶縁領域４５ｅを含んでも良い。第１半導体部分２１は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第４部分領域１０ｄと第４絶縁領域４５ｄとの間にある。第２半導体部分２２は、第２方向において、第５部分領域１０ｅと第５絶縁領域４５ｅとの間にある。例えば、第１窒化物領域４１は、第２半導体部分２２と、第５絶縁領域４５ｅの一部と、の間にある。

（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１０に示すように、実施形態に係る半導体装置１３０も、第１～第３電極５１～５３、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０、第１導電部材６１、及び、絶縁部材４０を含む。半導体装置１３０において、第３電極５３の一部５３ａから第１窒化物領域４１への方向は、第２方向（例えばＺ軸方向）と交差する。半導体装置１３０におけるこれ以外の構成には、第１実施形態に関して説明した構成を適用できる。

例えば、第１方向（Ｘ軸方向）において、第３電極５３の一部５３ａは、第１窒化物領域４１の複数の部分の間にある。例えば、第３電極５３の一部５３ａは、第２半導体領域２０（第４半導体部分２４）に接して良い。半導体装置１３０は、例えば、高周波用トランジスタである。

図１１は、第３実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１１に示すように、実施形態に係る半導体装置１３１は、第１～第３電極５１～５３、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０、第３半導体領域３０、第１導電部材６１、及び、絶縁部材４０を含む。半導体装置１３１におけるこれ以外の構成には、第１実施形態に関して説明した構成を適用できる。

第３半導体領域３０は、第４半導体部分２４と第３電極５３との間に設けられる。第３半導体領域３０は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０≦ｘ３＜１）と、第２元素と、を含む。第２元素は、Ｍｇ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第３半導体領域３０は、例えば、ｐ形のＧａＮ層である。第３半導体領域３０は、例えば、ｐ形のＡｌＧａＮ層である。第３半導体領域３０がｐ形のＡｌＧａＮ層である場合、組成比ｘ３は、例えば、０を超え（例えば０．０５以上）、０．５以下である。半導体装置１３１は、例えば、ＪＦＥＴ型のトランジスタである。

第３実施形態においても、特性を安定にできる半導体装置が提供される。第３実施形態に係る半導体装置（半導体装置１３０または１３１）の構成が、第２実施形態に適用されても良い。

実施形態において、第１電極５１及び第２電極５２の少なくともいずれかは、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第３電極５３（例えばゲート電極）は、ＴｉＮ、ＷＮ、Ｎｉ、ＴａＮ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｗ、及びＴａＳｉＮよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１～第３導電部材６１～６３の少なくともいずれかは、Ａｌ、Ｃｕ及びＴｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

実施形態において、Ｓｉ及び窒素の組成比（例えば濃度）は、例えば、ＲＢＳ（Rutherford Backscattering Spectrometry）などにより得られる。

第１～第３実施形態において、第２電極５２の第２電極端部５２ｅは、第３半導体部分２３（第２半導体領域２０）、及び、絶縁部材４０（例えば第２窒化物領域４２）と接する。第２電極端部５２ｅは、第２電極５２と第２半導体領域２０とが互いに接する部分の、第３電極５３側の端部に対応する。

（第４実施形態）
図１２は、第４実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１２に示すように、実施形態に係る半導体装置１４０も、第１～第３電極５１～５３、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０、第１導電部材６１、及び、絶縁部材４０を含む。半導体装置１４０において、絶縁部材４０は、第３窒化物領域４３を含む。半導体装置１４０におけるこれ以外の構成には、第１実施形態に関して説明した構成を適用できる。

第２窒化物領域４２の少なくとも一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１窒化物領域４１の少なくとも一部と第３窒化物領域４３の少なくとも一部との間にある。この例では、第２窒化物領域４２は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１窒化物領域４１と第３窒化物領域４３との間にある。

第３窒化物領域４３は、シリコン及び窒素を含む。第３窒化物領域４３における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第３比（Ｓｉ／Ｎ）は、第２比よりも高い。第３窒化物領域４３は、第２窒化物領域４２よりもさらにシリコンリッチの領域である。
このようなシリコン濃度が高い第３窒化物領域４３が第２電極５２（例えばドレイン電極）の近くに設けられる。これにより、第２電極５２の近傍において、空乏化がより抑制される。例えば、電流コラプスがより効果的に抑制される。

第３比は、０．９６よりも高くても良い。第３比は、第２比よりも高い任意の値が適用されて良い。

第２窒化物領域４２の第２方向（Ｚ軸方向）に沿う厚さを厚さｔ３とする。１つの例において、厚さｔ３は、例えば、０．５ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。例えば、所望のしきい値電圧が得やすくなる。例えば、高いゲート信頼性が得やすくなる。厚さｔ３は、厚さｔ１及び厚さｔ２と実質的に同じでも良い。

第２窒化物領域４２の少なくとも一部が第３窒化物領域４３の一部と重なっても良い。例えば、Ｚ軸方向において、第２窒化物領域４２の一部が、第２半導体領域２０と、第３窒化物領域４３の一部と、の間にあっても良い。例えば、Ｚ軸方向において、第３窒化物領域４３の一部が、第２半導体領域２０と、第２窒化物領域４２の一部と、の間にあっても良い。

半導体装置１４０の例において、第２電極５２の第２電極端部５２ｅは、第３半導体部分２３（第２半導体領域２０）、及び、絶縁部材４０（例えば第３窒化物領域４３）と接する。

図１３は、第４実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１３に示すように、実施形態に係る半導体装置１４１は、第３導電部材６３を含む。半導体装置１４１におけるこれ以外の構成は、半導体装置１４０と同様で良い。

第３導電部材６３は、第２電極５２と電気的に接続される。または、第３導電部材６３は、第２電極５２と電気的に接続されることが可能である。第２電極５２の第２方向（Ｚ軸方向）における位置は、第１半導体領域１０の第２方向における位置と第３導電部材６３の第２方向における位置との間にある。第３窒化物領域４３の少なくとも一部は、第２方向において、第３導電部材６３と重なる。例えば、電流コラプスがより効果的に抑制される。

実施形態によれば、特性を安定にできる半導体装置を提供することができる。

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

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

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

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

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

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

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

１０…第１半導体領域、 １０Ｃ…キャリア領域、 １０ａ～１０ｆ…第１～第６部分領域、 １０ｓ…基体、 １１Ｂ…窒化物層、 ２０…第２半導体領域、 ２１～２４…第１～第４半導体部分、 ３０…第３半導体領域、 ４０…絶縁部材、 ４０ｐ…一部、 ４１～４３…第１～第３窒化物領域、 ４１ｅ…第１窒化物端部、 ４５…第１絶縁膜、 ４５ａ～４５ｅ…第１～第５絶縁領域、 ５１～５３…第１～第３電極、 ５２ｅ…第２電極端部、 ５３ａ…一部、 ６１～６３…第１～第３導電部材、 ６１ｅ～６３ｅ…第１～第３導電端部、 ６１Ｇ、６１Ｓ、６２Ｇ、６３Ｄ…接続部材、 １１０、１１０ａ～１１０ｃ、１１１～１１３、１２０、１３０、１３１、１４０、１４１…半導体装置、 ＣＣ１…抵抗増加率、 Ｌ１、Ｌ２…第１、第２距離、 ＲＬ…比、 ｔ１～ｔ３…厚さ

Claims (23)

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、
   Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む第１半導体領域であって、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、第５部分領域及び第６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３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４部分領域は、前記第１方向において、前記第１部分領域と前記第３部分領域との間にあり、前記第５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２部分領域との間にあり、前記第６部分領域は、前記第１方向において、前記第５部分領域と前記第２部分領域との間にある、前記第１半導体領域と、
   Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む第２半導体領域であって、前記第２半導体領域は、第１半導体部分、第２半導体部分及び第３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方向に沿う、前記第２半導体領域と、
   第１導電部材であって、前記第１導電部材は、前記第１電極及び前記第３電極の第１の１つと電気的に接続された、または、前記第１導電部材は、前記第１の１つと電気的に接続されることが可能であり、前記第１導電部材は、前記第１方向における第１導電端部を含み、前記第１導電端部の前記第１方向における位置は、前記第３電極の前記第１方向における前記位置と、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１導電部材と、
   絶縁部材であって、前記絶縁部材は、第１窒化物領域及び第２窒化物領域を含み、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１窒化物領域との間にあり、前記第３半導体部分は、前記第２方向において、前記第６部分領域と前記第２窒化物領域との間にあり、前記第１窒化物領域は、シリコン及び窒素を含み、前記第２窒化物領域は、シリコン及び窒素を含み、前記第１窒化物領域における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第１比は、前記第２窒化物領域における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第２比よりも低く、前記第１窒化物領域は、第１窒化物端部を含み、前記第１窒化物端部は、前記第２半導体領域と接し、前記第１方向において前記第２窒化物領域と対向し、前記第１窒化物端部の前記第１方向における位置は、前記第１導電端部の前記第１方向における前記位置と、前記第２電極の前記第１方向における前記位置と、の間にある、前記絶縁部材と、
   を備えた半導体装置。
2. 前記第１比は、０．７５よりも低い、請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第２比は、０．７５以上０．９６以下である、請求項２記載の半導体装置。
4. 前記第２比は、０．７８以上である、請求項３記載の半導体装置。
5. 前記第２窒化物領域の少なくとも一部は、前記第３半導体部分と接した、請求項１～４のいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 前記第２窒化物領域の少なくとも一部は、前記第２方向において、前記第３半導体部分と前記第１窒化物領域の一部との間にある、請求項１～５のいずれか１つに記載の半導体装置。
7. 前記第１窒化物領域の少なくとも一部は、前記第２方向において、前記第２半導体部分と前記第２窒化物領域の一部との間にある、請求項１～５のいずれか１つに記載の半導体装置。
8. 前記第１窒化物領域の一部は、前記第２方向において前記第２半導体領域と前記第３電極との間にある、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
9. 前記第１窒化物領域の一部は、前記第３部分領域と前記第３電極との間にある、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
10. 前記第３電極は、前記第２方向において前記第１窒化物領域の前記一部と前記第２窒化物領域の一部との間にある、請求項９記載の半導体装置。
11. 前記絶縁部材は、第１絶縁領域を含む第１絶縁膜を含み、
    前記第１絶縁領域は、前記第３部分領域と前記第３電極との間に設けられ、
    前記第１絶縁膜は、シリコンと酸素とを含み、
    前記第１絶縁膜は窒素を含まない、または、前記第１絶縁膜における窒素の濃度は、前記第２窒化物領域における窒素の濃度よりも低い、請求項１～８のいずれか１つに記載の半導体装置。
12. 前記第３電極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半導体部分との間にある、請求項１０記載の半導体装置。
13. 前記第１絶縁膜は、第２絶縁領域及び第３絶縁領域をさらに含み、
    前記第２絶縁領域は、前記第１方向において、前記第１半導体部分と前記第３電極との間にあり、
    前記第３絶縁領域は、前記第１方向において、前記第３電極と前記第２半導体部分との間にある、請求項１２記載の半導体装置。
14. 前記第１絶縁膜は、第４絶縁領域及び第５絶縁領域をさらに含み、
    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絶縁領域との間にあり、
    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絶縁領域との間にある、請求項１３記載の半導体装置。
15. 前記第１窒化物領域は、前記第２半導体部分と、前記第５絶縁領域の一部と、の間にある、請求項１４記載の半導体装置。
16. 第２導電部材をさらに備え、
    前記第２導電部材は、前記第１電極及び前記第３電極の第２の１つと電気的に接続された、または、前記第２導電部材は、前記第２の１つと電気的に接続されることが可能であり、
    前記第２導電部材は、前記第１方向における第２導電端部を含み、
    前記第２導電端部の前記第１方向における位置は、前記第３電極の前記第１方向における前記位置と、前記第１導電端部の前記第１方向における前記位置と、の間にある、請求項１～１５のいずれか１つに記載の半導体装置。
17. 前記第２導電部材の前記第２方向における位置は、前記第３電極の前記第２方向における位置と、前記第１導電部材の前記第２方向における位置と、の間にある、請求項１６記載の半導体装置。
18. 第３導電部材をさらに備え、
    前記第３導電部材は、前記第２電極と電気的に接続された、または、前記第３導電部材は、前記第２電極と電気的に接続されることが可能であり、
    前記第３導電部材は、前記第１方向における第３導電端部を含み、
    前記第１窒化物端部の前記第１方向における位置は、前記第１導電端部の前記第１方向における前記位置と、前記第３導電端部との前記第１方向における前記位置と、の間にある、請求項１～１７のいずれか１つに記載の半導体装置。
19. 前記第２電極は、第２電極端部を含み、
    前記第２電極端部は、前記第３半導体部分及び前記絶縁部材と接し、
    前記第１導電端部の前記第１方向における前記位置と、前記第１窒化物端部の前記第１方向における前記位置と、の間の前記第１方向に沿う第１距離は、前記第１導電端部の前記第１方向における前記位置と、前記第２電極端部の前記第１方向における前記位置と、の間の前記第１方向に沿う第２距離の０．４３倍以上である、請求項１～１８のいずれか１つに記載の半導体装置。
20. 前記第１窒化物領域の前記第２方向に沿う厚さは、０．５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、
    前記第２窒化物領域の前記第２方向に沿う厚さは、０．５ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項１～１９のいずれか１つに記載の半導体装置。
21. 前記絶縁部材は、第３窒化物領域をさらに備え、
    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窒化物領域の少なくとも一部と前記第３窒化物領域の少なくとも一部との間にあり、
    前記第３窒化物領域は、シリコン及び窒素を含み、
    前記第３窒化物領域における窒素の濃度に対するシリコンの濃度の第３比は、前記第２比よりも高い、請求項１～４のいずれか１つに記載の半導体装置。
22. 前記第３比は、０．９６よりも高い、請求項２１記載の半導体装置。
23. 第３導電部材をさらに備え、
    前記第３導電部材は、前記第２電極と電気的に接続された、または、前記第３導電部材は、前記第２電極と電気的に接続されることが可能であり、
    前記第２電極の前記第２方向における位置は、前記第１半導体領域の前記第２方向における位置と前記第３導電部材の前記第２方向における位置との間にあり、
    前記第３窒化物領域の少なくとも一部は、前記第２方向において、前記第３導電部材と重なる、請求項２１または２２に記載の半導体装置。

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