JP2023033066A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特性を向上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～第３電極、半導体部材、第１導電部材、第１、第２絶縁部材及び第１窒化物部材を含む。第１窒化物部材は、第１窒化物領域を含む。第１窒化物領域は、第２絶縁部材の第１絶縁部分と第２絶縁部分との間にある。第１窒化物領域は、第２半導体領域の第２半導体部分の第３部分と、第１導電部材の第２導電領域との間にある。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

例えば窒化物半導体を用いた半導体装置がある。半導体装置において、特性の向上が望まれる。

特開２０１６－８６１０８号公報

本発明の実施形態は、特性を向上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、半導体部材、第１導電部材、第１絶縁部材、第２絶縁部材及び第１窒化物部材を含む。前記第１電極から前記第２電極への第１方向における前記第３電極の位置は、前記第１方向における前記第１電極の位置と、前記第１方向における前記第２電極の位置との間にある。前記半導体部材は、第１半導体領域及び第２半導体領域を含む。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部分領域及び第５部分領域を含む。前記第１部分領域から前記第１電極への第２方向は、前記第１方向と交差する。前記第２部分領域から前記第２電極への方向は前記第２方向に沿う。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方向に沿う。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、の間にある。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半導体部分及び第２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方向に沿う。前記第２半導体部分は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む。前記第２部分の前記第１方向における位置は、前記第１部分の前記第１方向における位置と、前記第２電極の前記第１方向における前記位置と、の間にある。前記第１導電部材は、第１導電領域及び第２導電領域を含む。前記第１導電領域は、前記第２方向において前記第３電極と重なる。前記第１部分は、前記第５部分領域と前記第１導電領域の一部との間にある。前記第１導電部材は、前記第１電極及び前記第３電極の一方と電気的に接続される。または、前記第１導電部材は、前記一方と電気的に接続されることが可能である。前記第１絶縁部材は、第１絶縁領域を含む。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３電極との間にある。前記第２絶縁部材は、第１絶縁部分及び第２絶縁部分を含む。前記第１絶縁部分は、前記第２方向において前記第１部分と前記第１導電領域との間にある。前記第２部分は、前記第５部分領域と前記第２絶縁部分との間にある。前記第１窒化物部材は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０≦ｘ３＜１）またはＩｎ_ｙ１Ａｌ_ｙ２Ｇａ_{１－ｙ１－ｙ２}Ｎ（０＜ｙ１≦１、０≦ｙ２≦１、ｙ１＋ｙ２≦１）を含む。前記第１窒化物部材は、第１窒化物領域を含む。前記第１窒化物領域は、前記第１方向において前記第１絶縁部分と前記第２絶縁部分との間にある。前記第１窒化物領域は、前記第２方向において前記第３部分と前記第２導電領域との間にある。

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、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４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５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６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。

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、各化合物部分の厚さと幅との関係、化合物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。同じ化合物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、半導体部材１０Ｍ、第１導電部材６１、第１絶縁部材４１、第２絶縁部材４２及び第１窒化物部材３１を含む。

第１電極５１から第２電極５２への方向を第１方向とする。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１方向Ｄ１における第３電極５３の位置は、第１方向Ｄ１における第１電極５１の位置と、第１方向Ｄ１における第２電極５２の位置との間にある。例えば、第３電極５３の少なくとも一部は、第１方向Ｄ１において、第１電極５１と第２電極５２との間にある。

半導体部材１０Ｍは、第１半導体領域１０及び第２半導体領域２０を含む。この例では、半導体装置１１０は、基体１０ｓ及び窒化物半導体層１０Ｂを含む。基体１０ｓと半導体部材１０Ｍとの間に窒化物半導体層１０Ｂが設けられる。例えば、基体１０ｓの上に窒化物半導体層１０Ｂが設けられる。窒化物半導体層１０Ｂの上に半導体部材１０Ｍが設けられる。例えば、窒化物半導体層１０Ｂ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。半導体部材１０Ｍの上に、第１～第３電極５１～５３が設けられる。基体１０ｓは、例えば、シリコン基板またはＳｉＣ基板などで良い。窒化物半導体層１０Ｂは、例えば、ＡｌＧａＮなどを含む。

第１半導体領域１０は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む。第１半導体領域１０は、例えばＧａＮ層である。第１半導体領域１０におけるＡｌの組成比ｘ１は、例えば０以上０．１以下でも良い。

例えば、第１半導体領域１０は、ＧａＮを含む。第１半導体領域１０は、第１部分領域１１、第２部分領域１２、第３部分領域１３、第４部分領域１４及び第５部分領域１５を含む。第１部分領域１１から第１電極５１への第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と交差する。第２方向Ｄ２は、例えば、Ｚ軸方向で良い。

第２部分領域１２から第２電極５２への方向は第２方向Ｄ２に沿う。第３部分領域１３から第３電極５３への方向は、第２方向Ｄ２に沿う。

第１半導体領域１０のうちで第２方向Ｄ２において第１電極５１と重なる部分が、第１部分領域１１に対応する。第１半導体領域１０のうちで第２方向Ｄ２において第２電極５２と重なる部分が、第２部分領域１２に対応する。第１半導体領域１０のうちで第２方向Ｄ２において第３電極５３と重なる部分が、第３部分領域１３に対応する。

第４部分領域１４の第１方向Ｄ１における位置は、第１部分領域１１の第１方向Ｄ１における位置と、第３部分領域１３の第１方向Ｄ１における位置と、の間にある。第５部分領域１５の第１方向Ｄ１における位置は、第３部分領域１３の第１方向Ｄ１における位置と、第２部分領域１２の第１方向Ｄ１における位置と、の間にある。第１～第５部分領域１１～１５は、互いに連続して良い。第１～第５部分領域１１～１５の間の境界は、明確でも不明確でも良い。

第２半導体領域２０は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む。第２半導体領域２０は、例えばＡｌＧａＮ層である。第２半導体領域２０におけるＡｌの組成比ｘ２は、例えば０．２５以上０．４以下でも良い。

第２半導体領域２０は、第１半導体部分２１及び第２半導体部分２２を含む。第４部分領域１４から第１半導体部分２１への方向は、第２方向Ｄ２に沿う。第５部分領域１５から第２半導体部分２２への方向は、第２方向Ｄ２に沿う。第２半導体部分２２は、第１部分２２ａ、第２部分２２ｂ及び第３部分２２ｃを含む。第３部分２２ｃは、第１部分２２ａと第２部分２２ｂとの間にある。第２部分２２ｂの第１方向Ｄ１における位置は、第１部分２２ａの第１方向Ｄ１における位置と、第２電極５２の第１方向Ｄ１における位置と、の間にある。第１～第３部分２２ａ～２２ｃは、互いに連続して良い。第１～第３部分２２ａ～２２ｃの間の境界は、明確でも不明確でも良い。

例えば、第１電極５１は、第１半導体部分２１と電気的に接続される。例えば、第２電極５２は、第２半導体部分２２と電気的に接続される。

第１導電部材６１は、第１導電領域６１ａ及び第２導電領域６１ｂを含む。第１導電領域６１ａは、第２方向Ｄ２において第３電極５３と重なる。第２導電領域６１ｂは、第２方向Ｄ２において第３電極５３と重ならない。第２導電領域６１ｂの第１方向Ｄ１における位置は、第３電極５３の第１方向Ｄ１における位置と、第２電極５２の第１方向Ｄ１における位置と、の間にある。第２導電領域６１ｂは、第３電極５３を基準にして、第２電極５２の側に向けて突出した突出部に対応する。第２導電領域６１ｂは、例えば、庇部に対応する。

第１部分２２ａは、第２方向Ｄ２において、第５部分領域１５と、第１導電領域６１ａの一部と、の間にある。この例では、第３電極５３は、第２方向Ｄ２において、第５部分領域１５と第１導電領域６１ａとの間にある。第２部分２２ｂの少なくとも一部は、第２方向Ｄ２において、第１導電部材６１と重ならない。

実施形態において、第１導電部材６１は、第１電極５１及び第３電極５３の一方と電気的に接続される。または、第１電極５１及び第３電極５３の一方と電気的に接続されることが可能でも良い。第１実施形態においては、第１導電部材６１は、第１電極５１と電気的に接続されている。第１導電部材６１に電気的に接続された端子と、第１電極５１に電気的に接続された端子が設けられ、半導体装置の使用時に、これらの端子が電気的に接続されても良い。

例えば、第１導電部材６１は、第１導電端部６１ｅを含む。第１導電端部６１ｅは、第１方向Ｄ１における第２電極５２の側の端である。第１導電端部６１ｅの第１方向Ｄ１における位置は、第３電極５３の第１方向Ｄ１における位置と、第２電極５２の第１方向Ｄ１における位置と、の間にある。

第１絶縁部材４１は、第１絶縁領域４１ａを含む。第１絶縁領域４１ａは、第２方向Ｄ２において第３部分領域１３と第３電極５３との間にある。

第２絶縁部材４２は、第１絶縁部分４２ａ及び第２絶縁部分４２ｂを含む。第１絶縁部分４２ａは、第２方向Ｄ２において第１部分２２ａと第１導電領域６１ａとの間にある。第２部分２２ｂは、第５部分領域１５と第２絶縁部分４２ｂとの間にある。

第１窒化物部材３１は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０≦ｘ３＜１）を含む。第１窒化物部材３１は、例えば、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層である。第１窒化物部材３１におけるＡｌの組成比ｘ３は、例えば、０以上０．５以下で良い。例えば、第１窒化物部材３１におけるＡｌの組成比ｘ３は、第２半導体領域２０（例えば、第２半導体部分２２）におけるＡｌの組成比ｘ２よりも低い。

第１窒化物部材３１は、第１窒化物領域３１ａを含む。第１窒化物領域３１ａは、第１方向Ｄ１において、第１絶縁部分４２ａと第２絶縁部分４２ｂとの間にある。第１窒化物領域３１ａは、第２方向Ｄ２において第３部分２２ｃと第２導電領域６１ｂとの間にある。第１窒化物領域３１ａは、第２方向Ｄ２において第２導電領域６１ｂと重なる。

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の電位を基準にした電位で良い。例えば、第１電極５１は、ソース電極として機能する。第２電極５２は、ドレイン電極として機能する。第３電極５３は、ゲート電極として機能する。第１絶縁領域４１ａは、ゲート絶縁膜として機能する。半導体装置１１０は、例えばトランジスタである。例えば、第１電極５１と第３電極５３との間の距離は、第３電極５３と第２電極５２との間の距離よりも短い。

第１半導体領域１０の第２半導体領域２０と対向する部分にキャリア領域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。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。上記のように、実施形態においては、第１導電部材６１に第２導電領域６１ｂ（突出部または庇部）が設けられる。第２導電領域６１ｂと重なる位置に部分に、第１窒化物領域３１ａ（ＧａＮまたはＡｌＧａＮ）が設けられる。これにより、第２導電領域６１ｂと重なる領域において、キャリア領域１０Ｃのキャリア濃度が局所的に低下する。

一般に、第２導電領域６１ｂ（突出部または庇部）の端部（第１導電端部６１ｅ）において、電界が集中する。電界の集中により、耐圧が低下し易い。実施形態においては、第２導電領域６１ｂと重なる領域において、キャリア濃度を局所的に低くすることができる。これにより、高い耐圧が得易い。実施形態によれば、特性を向上できる半導体装置を提供できる。

この例では、第１窒化物部材３１は、第２窒化物領域３１ｂ及び第３窒化物領域３１ｃを含む。第１絶縁部分４２ａは、第１部分２２ａと第２窒化物領域３１ｂとの間にある。第２絶縁部分４２ｂは、第２部分２２ｂと第３窒化物領域３１ｃとの間にある。第１窒化物領域３１ａ、第２窒化物領域３１ｂ及び第３窒化物領域３１ｃは、互いに連続して良い。第１窒化物領域３１ａ、第２窒化物領域３１ｂ及び第３窒化物領域３１ｃの互いの境界は、明確でも不明確でも良い。第１窒化物領域３１ａ、第２窒化物領域３１ｂ及び第３窒化物領域３１ｃが連続的に設けられることで、第１窒化物部材３１の形成は容易である。

第１窒化物部材３１の中で、第２方向Ｄ２において第２導電領域６１ｂと重なる部分が、第１窒化物領域３１ａに対応する。第１窒化物部材３１の中で、第１方向Ｄ１において第１絶縁部分４２ａと第２絶縁部分４２ｂとの間の部分が、第１窒化物領域３１ａに対応する。この例では、第１窒化物領域３１ａは、第３部分２２ｃと接する。後述するように、第１窒化物領域３１ａと第３部分２２ｃとの間に別の層（例えばＡｌＮ層）が設けられても良い。

例えば、第１窒化物領域３１ａの結晶性は、第２窒化物領域３１ｂの結晶性よりも高く、第３窒化物領域３１ｃの結晶性よりも高くても良い。第１窒化物領域３１ａの少なくとも一部は結晶を含んで良い。第２窒化物領域３１ｂの少なくとも一部は、アモルファスでも良い。第３窒化物領域３１ｃの少なくとも一部は、アモルファスでも良い。

第１窒化物領域３１ａの第２方向Ｄ２に沿う厚さｔ１は、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。厚さｔ１が、１ｎｍ以上であることで、例えば、均質な第１窒化物領域３１ａが得易い。厚さｔ１が１０ｎｍ以下であることで、例えば、膜応力に起因するミスフィット転移等の結晶欠陥を抑制し易い。厚さｔ１は、３ｎｍ以上５ｎｍ以下でも良い。厚さｔ１が３ｎｍ以上であることで、例えば、均質な第１窒化物領域３１ａがより得易い。厚さｔ１が３ｎｍ以上であることで、例えば、キャリア濃度を安定して制御し易い。厚さｔ１が５ｎｍ以下であることで、例えば、膜応力に起因するミスフィット転移等の結晶欠陥をより抑制し易い。

実施形態において、第２絶縁部材４２は、シリコン及び窒素を含む。第２絶縁部材４２は、例えば、ＳｉＮを含む。このような第２絶縁部材４２により、第２絶縁部材４２の下の半導体部材１０Ｍにおいて高い品質が得易い。

例えば、第１絶縁部材４１は、シリコン及び酸素を含む。第１絶縁部材４１は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を含む。例えば、第１絶縁部材４１は、実質的に窒素を含まない。または、第１絶縁部材４１における窒素の濃度は、第２絶縁部材４２における窒素の濃度よりも低い。このような第１絶縁部材４１により、例えば、安定したしきい値電圧が得易い。

図１に示すように、第１絶縁部材４１は、第２絶縁領域４１ｂ及び第３絶縁領域４１ｃをさらに含んで良い。第２絶縁領域４１ｂは、第１方向Ｄ１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４１ｃは、第１方向Ｄ１において、第３電極５３と第２半導体部分２２との間にある。第３電極５３の少なくとも一部は、第１方向Ｄ１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１絶縁領域４１ａの少なくとも一部は、第１方向Ｄ１において、第４部分領域１４と第５部分領域１５との間にある。例えば、半導体部材１０Ｍに凹部が設けられ、その凹部の中に第３電極５３の少なくとも一部が埋められる。半導体装置１１０は、ゲートリセス型のトランジスタである。

図１に示すように、第２絶縁部材４２は、第３絶縁部分４２ｃを含んで良い。第１半導体部分２１は、第４部分領域１４と第３絶縁部分４２ｃとの間にある。

図１に示すように、第１絶縁部材４１は、第４絶縁領域４１ｄをさらに含む。第４絶縁領域４１ｄの少なくとも一部は、第３電極５３と第１導電部材６１との間にある。

第１絶縁部材４１は、第５絶縁領域４１ｅ及び第６絶縁領域４１ｆを含んでも良い。第１半導体部分２１は、第４部分領域１４と第５絶縁領域４１ｅとの間にある。第２半導体部分２２は、第５部分領域１５と第６絶縁領域４１ｆとの間にある。

図１に示すように、第１窒化物領域３１ａの第１方向Ｄ１に沿う長さを第１長さｗ１とする。第２半導体部分２２は、第３電極５３の側の端２２ｐを含む。第２半導体部分２２は、第２電極５２と第２方向Ｄ２で重なる部分２２ｑを含む。第２半導体部分２２の第３電極５３の側の端２２ｐと、第２半導体部分２２の第２電極５２と第２方向Ｄ２で重なる部分２２ｑの位置と、の間の第１方向Ｄ１における距離を第２長さｗ２とする。第１長さｗ１は、例えば、第２長さの０．０３５倍以上０．５倍以下である。このような第１長さｗ１により、例えば、キャリア濃度が制御された領域が適正に形成され、高い耐圧が効果的に得易い。

図２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に示すように、実施形態に係る半導体装置１１１は、第２窒化物部材３２を含む。これを除く半導体装置１１１における構成は、半導体装置１１０における構成と同様である。例えば、半導体装置１１１において、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、半導体部材１０Ｍ、第１導電部材６１、第１絶縁部材４１、第２絶縁部材４２及び第１窒化物部材３１の構成は、半導体装置１１０におけるそれらの構成と同様で良い。

第２窒化物部材３２は、Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１－ｘ４Ｎ（０＜ｘ４≦１、ｘ３＜ｘ４）を含む。第２窒化物部材３２は、例えば、ＡｌＮ層で良い。第２窒化物部材３２におけるＡｌの組成比ｘ４は、例えば、０．５以上１．０以下で良い。

第２窒化物部材３２の少なくとも一部は、第１部分２２ａと第１絶縁部分４２ａとの間、及び、第２部分２２ｂと第２絶縁部分４２ｂとの間にある。第２窒化物部材３２の一部は、第３部分２２ｃと第１窒化物領域３１ａとの間に設けられても良い。

上記のような第２窒化物部材３２が設けられることで、第２半導体部分２２において高い品質が得られる。例えば、第２絶縁部材４２による第２半導体部分２２へのダメージが抑制できる。

半導体装置１１１においても、第２導電領域６１ｂと重なる領域において、キャリア濃度を局所的に低くすることができる。高い耐圧が得易い。特性を向上できる半導体装置を提供できる。

例えば、第２窒化物部材３２は、第３部分２２ｃ及び第１窒化物領域３１ａと接して良い。

図２に示すように、第２窒化物部材３２の一部は、第１半導体部分２１と第３絶縁部分４２ｃとの間に設けられても良い。例えば、第２絶縁部材４２による第２半導体部分２２へのダメージが抑制できる。

第２窒化物部材３２の第２方向Ｄ２に沿う厚さｔ２は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。厚さｔ２が１ｎｍ以上であることで、例えば、第２半導体領域２０へのダメージが効果的に抑制できる。厚さｔ２が１０ｎｍ以下であることで、例えば、第２窒化物部材３２において、膜応力によるミスフィット転移等の結晶欠陥を抑制し易い。厚さｔ２は、例えば、３ｎｍ以上５ｎｍ以下でも良い。厚さｔ２が３ｎｍ以上であることで、第２半導体領域２０へのダメージがより効果的に抑制できる。厚さｔ２が５ｎｍ以下であることで、例えば、膜応力によるミスフィット転移等の結晶欠陥をより抑制し易い。

（第２実施形態）
図３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３に示すように、実施形態に係る半導体装置１１２において、第１導電部材６１は、第３電極５３と電気的に接続される。これを除く半導体装置１１２における構成は、半導体装置１１０における構成と同様である。例えば、半導体装置１１２において、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、第２絶縁部材４２及び第１窒化物部材３１の構成は、半導体装置１１０におけるそれらの構成と同様で良い。

半導体装置１１２において、第１導電部材６１に電気的に接続された端子と、第３電極５３に電気的に接続された端子が設けられ、半導体装置の使用時に、これらの端子が電気的に接続されても良い。

半導体装置１１２においても、第１窒化物領域３１ａが設けられる。第１窒化物領域３１ａは、第１方向Ｄ１において、第１絶縁部分４２ａと第２絶縁部分４２ｂとの間にある。第１窒化物領域３１ａは、第２方向Ｄ２において第３部分２２ｃと第２導電領域６１ｂとの間にある。第１窒化物領域３１ａは、第２方向Ｄ２において第２導電領域６１ｂと重なる。

これにより、第２導電領域６１ｂと重なる領域において、キャリア領域１０Ｃのキャリア濃度が局所的に低下する。これにより、高い耐圧が得易い。実施形態によれば、特性を向上できる半導体装置を提供できる。

図４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４に示すように、実施形態に係る半導体装置１１３は、第２窒化物部材３２を含む。これを除く半導体装置１１３における構成は、半導体装置１１２における構成と同様である。例えば、半導体装置１１３において、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、半導体部材１０Ｍ、第１導電部材６１、第１絶縁部材４１、第２絶縁部材４２及び第１窒化物部材３１の構成は、半導体装置１１２におけるそれらの構成と同様で良い。

半導体装置１１３においても、第２導電領域６１ｂと重なる領域において、キャリア濃度を局所的に低くすることができる。高い耐圧が得易い。特性を向上できる半導体装置を提供できる。

実施形態において、結晶性に関する情報は、例えば、Ｘ線回折パターン像などにより得られる。組成比に関する情報は、例えば、Ｘ線光電子分光などにより得られる。

実施形態に係る半導体装置１１０～１１３おいて、第１窒化物部材３１は、Ｉｎ、Ｇａ及び窒素を含んでも良い。例えば、第１窒化物部材３１は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０≦ｘ３＜１）、または、Ｉｎ_ｙ１Ａｌ_ｙ２Ｇａ_{１－ｙ１－ｙ２}Ｎ（０＜ｙ１≦１、０≦ｙ２≦１、ｙ１＋ｙ２≦１）を含んでも良い。例えば、第１窒化物部材３１は、Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_１－ｙ１Ｎ（０＜ｙ１≦１）を含んでも良い。一方、第２窒化物部材３２は、Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１－ｘ４Ｎ（０＜ｘ４≦１、ｘ３＜ｘ４）を含む。例えば、第１窒化物部材３１は、ＩｎＧａＮを含み、第２窒化物部材３２は、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮを含む。

（第３実施形態）
図５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５に示すように、半導体装置１２１において、第１窒化物部材３１は、第１～第３窒化物領域３１ａ～３１ｃに加えて、第４～第７窒化物領域３１ｄ～３１ｇを含む。第２窒化物部材３２は、第１～第７窒化物部分３２ａ～３２ｇを含む。

第１窒化物部分３２ａは、第３部分２２ｃと第１窒化物領域３１ａとの間にある。第２窒化物部分３２ｂは、第１部分２２ａと第２窒化物領域３１ｂとの間にある。第３窒化物部分３２ｃは、第２部分２２ｂと第３窒化物領域３１ｃとの間にある。

第４窒化物領域３１ｄは、第２方向Ｄ２において、第３部分領域１３と第３電極５３との間にある。第４窒化物領域３１ｄは、第２方向Ｄ２において、第１絶縁領域４１ａと第３電極５３との間にある。第５窒化物領域３１ｅは、例えば、第１方向Ｄ１において、第１半導体部分２１と、第３電極５３の少なくとも一部と、の間にある。第５窒化物領域３１ｅは、例えば、第１方向Ｄ１において、第１半導体部分２１と、第２絶縁領域４１ｂの少なくとも一部と、の間にある。第６窒化物領域３１ｆは、例えば、第１方向Ｄ１において、第３電極５３の少なくとも一部と、第１部分２２ａと、の間にある。第６窒化物領域３１ｆは、例えば、第１方向Ｄ１において、第３絶縁領域４１ｃの少なくとも一部と、第１部分２２ａ、との間にある。

第４窒化物部分３２ｄは、第２方向Ｄ２において、第３部分領域１３と第４窒化物領域３１ｄとの間にある。第５窒化物部分３２ｅは、第２方向Ｄ２において、第１半導体部分２１と第５窒化物領域３１ｅとの間にある。第６窒化物部分３２ｆは、第２方向Ｄ２において、第６窒化物領域３１ｆと第１部分２２ａの間にある。

第１半導体部分２１は、第２方向Ｄ２において、第４部分領域１４と第７窒化物領域３１ｇとの間にある。第７窒化物部分３２ｇは、第２方向Ｄ２において、第７窒化物部分３２ｇと第７窒化物領域３１ｇとの間にある。

半導体装置１２１における上記以外の構成は、半導体装置１１１と同様で良い。上記のような第１窒化物部材３１及び第２窒化物部材３２が設けられることで、例えば、より低いサブスレッショルド・スイングが得易い。

図６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６に示すように、半導体装置１２２において、第１窒化物部材３１は、第１～第７窒化物領域３１ａ～３１ｇを含む。第２窒化物部材３２は、第１～第７窒化物部分３２ａ～３２ｇを含む。半導体装置１２２における上記以外の構成は、半導体装置１１２と同様で良い。上記のような第１窒化物部材３１及び第２窒化物部材３２が設けられることで、例えば、より低いサブスレッショルド・スイングが得易い。

半導体装置１１２及び１２２において、第１窒化物部材３１は、例えば、第１窒化物部材３１は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０≦ｘ３＜１）、または、Ｉｎ_ｙ１Ａｌ_ｙ２Ｇａ_{１－ｙ１－ｙ２}Ｎ（０＜ｙ１≦１、０≦ｙ２≦１、ｙ１＋ｙ２≦１）を含んでも良い。例えば、第１窒化物部材３１は、Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_１－ｙ１Ｎ（０＜ｙ１≦１）を含んでも良い。一方、第２窒化物部材３２は、Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１－ｘ４Ｎ（０＜ｘ４≦１、ｘ３＜ｘ４）を含む。例えば、第１窒化物部材３１は、ＩｎＧａＮを含み、第２窒化物部材３２は、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮを含む。

実施形態によれば、特性を向上できる半導体装置が提供できる。

実施形態において「窒化物半導体」は、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含む。上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれる。

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、半導体部材、化合物部材、窒化物部材及び絶縁部材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、 １０Ｂ…窒化物半導体層、 １０Ｃ…キャリア領域、 １０Ｍ…半導体部材、 １０ｓ…基体、 １１～１５…第１～第５部分領域、 ２０…第２半導体領域、 ２１、２２…第１、第２半導体部分、 ２２ａ～２２ｃ…第１～第３部分、 ２２ｐ…端、 ２２ｑ…部分、 ３１…第１窒化物部材、 ３１ａ～３１ｇ…第１～第７窒化物領域、 ３２…第２窒化物部材、 ３２ａ～３２ｇ…第１～第７窒化物部分、 ４１…第１絶縁部材、 ４１ａ～４１ｆ…第１～第６絶縁領域、 ４２…第２絶縁部材、 ４２ａ～４２ｃ…第１～第３絶縁部分、 ５１～５３…第１～第３電極、 ６１…第１導電部材、 ６１ａ、６１ｂ…第１、第２導電領域、 ６１ｅ…第１導電端部、 １１０～１１３、１２１、１２２…半導体装置、 Ｄ１、Ｄ２…第１、第２方向、 ｔ１、ｔ２…厚さ、 ｗ１、ｗ２…第１、第２長さ

Claims (20)

1. 第１電極と、
   第２電極と、
   第３電極であって、前記第１電極から前記第２電極への第１方向における前記第３電極の位置は、前記第１方向における前記第１電極の位置と、前記第１方向における前記第２電極の位置との間にある、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、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－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電極への第２方向は、前記第１方向と交差し、前記第２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、の間にあり、
   前記第２半導体領域は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－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２半導体部分は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、前記第２部分の前記第１方向における位置は、前記第１部分の前記第１方向における位置と、前記第２電極の前記第１方向における前記位置と、の間にあり、前記半導体部材と、
   第１導電領域及び第２導電領域を含む第１導電部材であって、前記第１導電領域は、前記第２方向において前記第３電極と重なり、前記第１部分は、前記第５部分領域と前記第１導電領域の一部との間にあり、前記第１導電部材は、前記第１電極及び前記第３電極の一方と電気的に接続された、または、前記第１導電部材は、前記一方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３電極との間にある、前記第１絶縁部材と、
   第１絶縁部分及び第２絶縁部分を含む第２絶縁部材であって、前記第１絶縁部分は、前記第２方向において前記第１部分と前記第１導電領域との間にあり、前記第２部分は、前記第５部分領域と前記第２絶縁部分との間にある、前記第２絶縁部材と、
   Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０≦ｘ３＜１）またはＩｎ_ｙ１Ａｌ_ｙ２Ｇａ_{１－ｙ１－ｙ２}Ｎ（０＜ｙ１≦１、０≦ｙ２≦１、ｙ１＋ｙ２≦１）を含む第１窒化物部材であって、前記第１窒化物部材は、第１窒化物領域を含み、前記第１窒化物領域は、前記第１方向において前記第１絶縁部分と前記第２絶縁部分との間にあり、前記第１窒化物領域は、前記第２方向において前記第３部分と前記第２導電領域との間にある、前記第１窒化物部材と、
   を備えた半導体装置。
2. 前記第２絶縁部分の少なくとも一部は、前記第２方向において、前記第１導電部材と重ならない、請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第１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１絶縁部分は、前記第１部分と前記第２窒化物領域との間にあり、
   前記第２絶縁部分は、前記第２部分と前記第３窒化物領域との間にある、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記第１窒化物領域の結晶性は、前記第２窒化物領域の結晶性よりも高く、前記第３窒化物領域の結晶性よりも高い、請求項３記載の半導体装置。
5. 前記第１窒化物領域の少なくとも一部は結晶を含み、
   前記第２窒化物領域の少なくとも一部は、アモルファスであり、
   前記第３窒化物領域の少なくとも一部は、アモルファスである、請求項３記載の半導体装置。
6. 前記第１窒化物領域は、前記第３部分と接した、請求項１～５のいずれか１つに記載の半導体装置。
7. Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１－ｘ４Ｎ（０＜ｘ４≦１、ｘ３＜ｘ４）を含む第２窒化物部材をさらに備え、
   前記第２窒化物部材の少なくとも一部は、前記第１部分と前記第１絶縁部分との間、及び、前記第２部分と前記第２絶縁部分との間にある、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２窒化物部材の一部は、前記第３部分と前記第１窒化物領域との間にある、請求項７記載の半導体装置。
9. 前記第２窒化物部材は、前記第３部分及び前記第１窒化物領域と接した、請求項７または８に記載の半導体装置。
10. 前記第２窒化物部材の前記第２方向に沿う厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項７～９のいずれか１つに記載の半導体装置。
11. 前記ｘ３は、前記ｘ２よりも低い、請求項１～１０のいずれか１つに記載の半導体装置。
12. 前記第１窒化物領域の前記第２方向に沿う厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項１～１０のいずれか１つに記載の半導体装置。
13. 前記第２絶縁部材は、シリコン及び窒素を含む、請求項１～１２のいずれか１つに記載の半導体装置。
14. 前記第１絶縁部材は、シリコン及び酸素を含み、
    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い、請求項１３記載の半導体装置。
15. 前記第１絶縁部材は、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１～１４のいずれか１つに記載の半導体装置。
16. 前記第１絶縁部材は、第４絶縁領域をさらに含み、
    前記第４絶縁領域の少なくとも一部は、前記第３電極と前記第１導電部材との間にある、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、請求項１～１６のいずれか１つに記載の半導体装置。
18. 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１～１７のいずれか１つに記載の半導体装置。
19. 前記第１電極と前記第３電極との間の前記第１方向に沿う距離は、前記第３電極と前記第１電極との間の前記第１方向に沿う距離よりも短い、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１方向に沿う第１長さは、第２長さの０．０３５倍以上０．５倍以下であり、
    第２長さは、前記第２半導体部分の前記第３電極の側の端と、前記第２半導体部分の前記第２電極と前記第２方向で重なる部分の位置と、の間の前記第１方向における距離である、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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