JP6989660B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
例えば、窒化物半導体を用いたトランジスタなどの半導体装置がある。しきい値を高くすることで、ノーマリオン型の半導体装置が得られる。
特開2007−88185号公報
本発明の実施形態は、高いしきい値を得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
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層、第2層、第3層及び絶縁層を含む。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1層は、前記第1方向と交差する第2方向において前記第1電極から離れた第1面、前記第2方向において前記第2電極から離れ前記第1面が含まれる第1平面に沿う第2面、及び、前記第2方向において前記第3電極から離れ前記第1平面に対して傾斜した第3面を含み、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。前記第2層は、前記第2方向において前記第1電極と前記第1面との間に設けられた第1部分領域、前記第2方向において前記第2電極と前記第2面との間に設けられた第2部分領域、及び、前記第2方向において前記第3電極と前記第3面との間に設けられた第3部分領域を含み、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<x1)を含む。前記第3層は、前記第2方向において前記第1電極と前記第1部分領域との間に設けられた第4部分領域、前記第2方向において前記第2電極と前記第2部分領域との間に設けられた第5部分領域、及び、前記第2方向において前記第3電極と前記第3部分領域との間に設けられた第6部分領域を含み、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む。前記第4部分領域は、前記第1電極と電気的に接続され、前記第5部分領域は、前記第2電極と電気的に接続される。前記絶縁層は、前記第2方向において前記第3電極と前記第6部分領域との間に設けられる。
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。 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第1実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。 第1実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第1実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第1実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第1実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 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。 第2実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第2実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第2実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第2実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 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。 第3実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第3実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第3実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第3実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。 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。 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第4実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。 第4実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第4実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第4実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第4実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第5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。 第5実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第5実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第5実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 第5実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。 図40は、第5実施形態に係る別の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、第1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層10、第2層20、第3層30及び絶縁層40を含む。
この例では、基板60s(例えばシリコン基板)が設けられている。基板60sの上に、第1層10が設けられる。第1層10の上に第2層20が設けられる。第2層20の上に第3層30が設けられる。第1層10、第2層20及び第3層30は、窒化物半導体を含む。
例えば、基板60sの上に、バッファ層10B(例えば、AlGaN層)が設けられても良い。バッファ層10Bの上に第1層10が設けられる。または、バッファ層10Bは第1層10の一部とされても良い。
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。
第1方向D1をX軸方向とする。X軸方向に対して垂直な方向を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層10は、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。
第1層10は、例えば、AlGaNを含む。この場合におけるAlの組成比は、例えば、5atm%(原子パーセント)以上40atm%以下である。第1層10は、例えば、Al0.2Ga0.8Nを含む。
または、第1層10は、p形のGaNを含む。第1層10は、例えば、Mg、Zn及びCの少なくともいずれかを含む、GaNを含む。
第1層10は、Y軸方向において、これらの電極から離れる。第1層10は、第1面10a、第2面10b及び第3面10cを含む。これらの面のそれぞれ、例えば、第1層10の上面の3つの部分に対応する。
第1面10aは、第2方向D2において、第1電極51から離れる。第2方向D2は、第1方向D1と交差する。この例では、第2方向D2は、Z軸方向である。第1面10aは、例えば、X−Y平面に沿っている。
第2面10bは、第2方向D2において第2電極52から離れる。第2面10bは、第1面10aが含まれる第1平面PL1に沿う。第1平面PL1は、例えば、X−Y平面に沿う。
第3面10cは、第2方向D2において、第3電極53から離れる。第3面10cは、第1平面PL1(例えばX−Y平面)に対して傾斜している。
第2層20は、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<x1)を含む。第2層20は、例えば、GaNを含む。
第2層20は、第1部分領域p1、第2部分領域p2及び第3部分領域p3を含む。
第1部分領域p1は、第2方向D2(例えば、Z軸方向)において、第1電極51と第1面10aとの間に設けられる。第2部分領域p2は、第2方向D2において、第2電極52と第2面10bとの間に設けられる。第3部分領域p3は、第2方向D2において、第3電極53と第3面10cとの間に設けられる。これらの部分領域は、例えば、互いに連続している。
第3層30は、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む。第3層30は、例えば、AlGaNを含む。第3層30におけるAlの組成比は、例えば、5atm%(原子パーセント)以上40atm%以下である。第3層30は、例えば、Al0.2Ga0.8Nを含む。
第3層30は、第4部分領域p4、第5部分領域p5及び第6部分領域p6を含む。
第5部分領域p5は、第2方向D2(例えば、Z軸方向)において、第1電極51と第1部分領域p1との間に設けられる。第5部分領域p5は、第2方向D2において、第2電極52と第2部分領域p2との間に設けられる。第6部分領域p6は、第2方向D2において、第3電極53と第3部分領域p3との間に設けられる。
第4部分領域p4は、第1電極51と電気的に接続される。第5部分領域p5は、第2電極52と電気的に接続される。
絶縁層40は、第2方向D2(例えば、Z軸方向)において、第3電極53と第6部分領域p6との間に設けられる。
例えば、第1電極51は、半導体装置110のソース電極及びドレイン電極の一方となる。第2電極52は、ソース電極及びドレイン電極の他方となる。第3電極53は、半導体装置110のゲート電極となる。絶縁層40は、例えば、ゲート絶縁膜となる。
例えば、第2層20と第3層30との間において格子定数が異なる。このとき、自発分極及びピエゾ分極が、ウルツ鉱型結晶構造のc軸方向に発生する。自発分極及びピエゾ分極によって、第2層20(例えばGaN)と第3層30(例えばAlGaN)と、の間の界面の近傍に2次元電子ガス22(2DEG)が生じる。2次元電子ガス22が高移動度のチャネルとなる。半導体装置110は、例えば、高電子移動度トランジスタ(HEMT)である。
半導体装置110においては、第1層10が設けられている。第1層10は、AlGaNまたはp形のGaNを含む。第1層10は、例えば、バックバリア層として機能する。
半導体装置110においては、この第1層10の一部(第3面10c)が傾斜している。これにより、この第3面10cと第3電極53との間の領域において、分極が弱まる。これにより、しきい値が高くなる。実施形態によれば、高いしきい値を得ることができる。
一方、第1電極51の近傍、及び、第2電極52の近傍では、強い分極が作用する。これにより、抵抗が低くなる。高いしきい値とともに、低いオン抵抗が得られる。
例えば、第1平面PL1(第1面10aが含まれる平面)は、第1層10のc面に沿う。例えば、第1面10a及び第2面10bは、c面に沿う。一方、第3面10cは、c面に対して傾斜する。
例えば、第1平面PL1と、第1層10のc面と、の間の角度の絶対値は、第3面10cとc面との間の角度の絶対値よりも小さい。例えば、第1面10aとc面との間の角度の絶対値は、第3面10cとc面との間の角度の絶対値よりも小さい。第2面10bとc面との間の角度の絶対値は、第3面10cとc面との間の角度の絶対値よりも小さい。
例えば、第1面10aと、第1層10のc面と、の間の角度の絶対値は、5度未満である。第2面10bと、第1層10のc面と、の間の角度の絶対値は、5度未満である。一方、第3面10cと、第1層10のc面と、の間の角度の絶対値は、5度以上85度以下である。
例えば、第2層20の第3部分領域p3(GaNチャネル層)も、c面に対して傾斜する。第3層30の第6部分領域p6(AlGaNバリア層)も、c面に対して傾斜する。傾斜したGaNチャネル層と、傾斜したAlGaNバリア層と、の間において、分極が弱まる。これにより、しきい値が上昇する。そして、上記のように、傾斜した第3面10cを含むバックバリア層(第1層10)によって、しきい値がより高くなる。
第1電極51と第3電極53との間の領域、及び、第2電極52と第3電極53との間の領域においては、GaNチャネル層は、水平であり、キャリア密度が高くなる。これにより、抵抗が低くなる。良好な特性のノーマリーオフ特性(高いしきい値)と、低いオン抵抗と、が得られる。
例えば、第3電極53は、第3電極面53a(例えば下面)を含む。第3電極面53aは、絶縁層40に対向する。第3電極面53aは、第3面10cを含む第3平面PL3に沿う。このように、第3電極53の第3電極面53a(例えば下面)も傾斜する。
絶縁層40は、第1絶縁層面40a(例えば下面)を含む。第1絶縁層面40aは、第3面10cに対向する。第1絶縁層面40aは、第3面10cを含む第3平面PL3に沿う。このように、絶縁層40の第1絶縁層面40a(例えば下面)も傾斜する。
絶縁層40は、第2絶縁層面40b(例えば上面)を含む。第2絶縁層面40bは、第3電極53に対向する。第2絶縁層面40bは、第3平面PL3に沿う。このように、絶縁層40の第2絶縁層面40b(例えば上面)も傾斜する。
第3層30は、第3層面30a(例えば下面)を含む。第3層面30aは、第3面10cに対向する。第3層面30aは、第3面10cを含む第3平面PL3に沿う。このように、第3層30の第3層面30a(例えば下面)も傾斜する。
第2層20は、第2層面20a(例えば下面)を含む。第2層面20aは、第3面10cに対向する。第2層面20aは、第3面10cを含む第3平面PL3に沿う。
図1に示すように、この例においては、傾斜した部分の第2層20の厚さは、他の部分の厚さよりも薄い。例えば、第3部分領域p3の厚さを第3厚さt3とする。第3厚さt3は、第3方向D3に沿う長さ(厚さ)である。第3方向D3は、第3面10cに対して垂直である。一方、第2部分領域p2の厚さを第2厚さt2とする。第2厚さt2は、第2方向D2(Z軸方向)に沿う長さ(厚さ)である。第3厚さt3は、第2厚さt2さよりも薄い。第1部分領域p1の厚さを第1厚さt1とする。第1厚さt1は、第1方向D1(Z軸方向)に沿う長さ(厚さ)である。第3厚さt3は、第1厚さt1よりも薄い。
これらの厚さは、キャリアが流れる方向に対して垂直な方向における幅(長さ)である。これらの厚さが薄いと、キャリア密度が低下する。
実施形態において、第3厚さt3は、第1厚さt1よりも薄く、第2厚さt2よりも薄い。これにより、しきい値が、より高くなる。
既に説明したように、実施形態において、第1面10aを含む第1平面PL1と、第3面10cと、の間の角度の絶対値は、例えば、5度以上85度以下である。例えば、c面と、第3面10cと、の間の角度の絶対値は、例えば、5度以上85度以下である。
このような傾斜した第3面10cにより、第3面10cの上に形成される第2層20の厚さ(第3厚さt3)を他の部分の厚さ(例えば第1厚さt1または第2厚さt2)よりも薄くできる。
実施形態において、第1厚さt1及び第2厚さt2のそれぞれは、例えば、100nm以上500nm以下である。第3厚さt3は、例えば、30nm以上200nm以下である。
上記の角度の絶対値が5度以上85度以下のときに、例えば、分極が低減できるとともに、傾斜した部分を局所的に薄くできる。
傾斜の角度は、例えば、エッチング条件等により制御できる。図1に示す例において、例えば、第3電極53の傾斜面に沿った幅を500nmとする。例えば、傾斜の角度が30度のときに、第1面10aと第2面10bとの間の高さの差は、250nmになる。例えば、傾斜の角度が60度のときに、第1面10aと第2面10bとの間の高さの差は、432nmになる。
実施形態において、例えば、第6部分領域p6の厚さ(第3面10cに対して垂直な方向の長さ(厚さ))は、第5部分領域p5の厚さ(第2方向D2(Z軸方向)に沿う長さ(厚さ)よりも薄い。例えば、第6部分領域p6の厚さは、第4部分領域p4の厚さ(第2方向D2(Z軸方向)に沿う長さ(厚さ)よりも薄い。
実施形態において、第1層10の第1面10aを含む部分、及び、第1層10の第2面10bを含む部分における厚さ(Z軸方向に沿う厚さ)は、例えば、500nm以上5000nm以下である。
実施形態において、第2層20において、第1厚さt1は、例えば、100nm以上500nm以下である。第3層30において、第4部分領域p4の厚さ(第2方向D2(Z軸方向)に沿う長さは、例えば、10nm以上n100m以下である。
例えば、第6部分領域p6の厚さ(第3方向D3に沿う長さ)は、第4部分領域p4の厚さ(第2方向D2に沿った長さ)よりも薄く、第5部分領域p5の厚さ(第2方向D2に沿った長さ)よりも薄い。
第1電極51及び第2電極52は、例えば、第3層30に対してオーミック接触する。これらの電極は、例えば、Au/Ni/Al/Tiなどの積層膜を含む。Tiが第3層30に接する。
第3電極53は、例えば、TiNを含む。第3電極53は、例えば、仕事関数の高い金属を含んでも良い。第3電極53は、仕事関数の高い金属を含む積層膜を含んでも良い。
絶縁層40は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、酸窒化アルミニウム、及び、窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。絶縁層40は、これらの材料を含む複数の膜を含んでも良い。
図1に示す例においては、第1電極51と第3電極53との間の第1方向D1(例えばX軸方向)に沿った第1距離d1は、第2電極52と第3電極53との間の第1方向D1に沿った第2距離d2よりも短い。1つの例において、第1距離d1は約2μmであり、第2距離d2は約15μmである。このような長さの関係により、例えば、第1距離d1側の電気抵抗を低くし、第2距離d2側に高電界を印加することが可能となり、より好ましい。実施形態において、これらの距離の関係は逆でも良い。
以下、半導体装置110の製造方法の例について説明する。
図2〜図5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模式的断面図である。
図2に示すように、基板60s(例えばシリコン基板)の上に、第1膜10fを形成する。第1膜10fは、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。
第1膜10fの一部の上に、マスク層62を形成する。マスク層62は、例えば、レジスト膜及びハードマスク膜の少なくともいずれかを含む。マスク層62は、傾斜面62tを有する。傾斜面62tは、第1膜10fの上面10fuに対して傾斜している。上面10fuは、例えば、X−Y平面に沿っている。
図3に示すように、マスク層62をマスクとして用いて、第1膜10fの一部を除去する。これにより、第1層10が得られる。第1層10は、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。
第1層10は、第1面10a、第2面10b及び第3面10cを含む。これらの面は、例えば、上面である。第2面10bは、第1面10aが含まれる第1平面PL1(例えばX−Y平面)に沿う。第3面10cは、第1面10aに対して傾斜している。第1面10aに沿う第1方向D1における第3面10cの位置は、第1方向D1における第1面10aの位置と、第1方向D1における第2面10bの位置と、の間にある。第1方向D1は、例えば、X軸方向である。
第3面10cと第1面10aとの間の角度は、5度以上85度以下である。この角度は、例えば、20度以上60度以下でも良い。
第1面10aのZ軸方向における位置と、第2面10bのZ軸方向における位置と、のZ軸方向における差は、例えば、0.5μm以上2μm以下である。
図4に示すように、第1層10の上に、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<x1)を含む第2層20を形成する。
さらに、第2層20の上に、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む第3層30を形成する。
図5に示すように、第3層30の一部の上に絶縁層40を形成する。第3層30のその一部は、第1面10aと交差する第2方向D2(Z軸方向)において第3面10cと重なる。
さらに、第1電極51、第2電極52及び第3電極53を形成する。第1電極51は、第2方向D2(Z軸方向)において、第1面10aと重なる。第1電極51は、第3層30の別の一部と電気的に接続される。第2電極52は、第2方向D2において、第2面10bと重なる。第2電極52は、第3層30のさらに別の一部と電気的に接続される。第3電極は、絶縁層40の上に位置する。
このようにして、半導体装置110が形成される。
第1電極51、第2電極52及び第3電極53の形成の順序は任意である。これらの電極の少なくとも2つが同時に形成されても良い。
これらの電極の形成の後に、さらに、配線が形成されても良い。配線は、上記の電極の少なくとも1つと電気的に接続される。配線は、層間絶縁膜含む多層構造を有しても良い。配線の一部は、フィールドプレート構造を有しても良い。例えば、半導体装置の一部における局所的な電界集中が緩和される。例えば、傾斜面のゲート部、または、段差部に対応したフィールドプレート構造が設けられても良い。
上記の図2に関して説明した工程において、第1膜10fは、基板60sの上に設けられたバッファ層10B(図1参照)の上に形成されても良い。バッファ層10Bは、AlNまたはAlGaNなどを含む。バッファ層10Bは、高耐圧のバッファ層である。
第1膜10f(及びバッファ層10B)、及び、第2層20及び第3層30の形成においては、例えば、MOCVD装置が用いられる。
第1膜10f(またはバッファ層10B)は、例えば、AlN/AlGaNを含む超格子層、及び、AlN/GaNを含む超格子層の少なくともいずれかを含んでも良い。バッファ層10Bは、炭素を含んでも良い。これにより、耐圧が向上する。バッファ層10Bにおける炭素の濃度は、例えば、10×1018cm−3以上である。第1膜10f(またはバッファ層10B)の厚さは、例えば、1μm以上である。
図2に例示したマスク層62は、例えば、SiOまたはSiNなどを含んでも良い。
図3に示した工程において、マスク層62をマスクとして用いたエッチングが行われる。エッチングにおいて、例えば、Cl及びBClの少なくともいずれかを含むガスによるRIEが実施されても良い。エッチングにおいては、例えば、KOH、TMAH、及び、リン酸の少なくともいずれかを用いたウェットエッチングが行われても良い。マスク層62の材質、マスク層62の端部の形状、及び、エッチング条件などによって、第1層10の傾斜面(第3面10c)の角度を制御することができる。
実施形態において、第3面10cの傾斜は、エッチングではなく、再成長により形成されても良い。例えば、第1膜10fの上に、所定の形状を有する選択成長マスク層(マスク層62でも良い)が設けられる。選択成長マスク層により覆われた部分では、窒化物半導体膜は成長しない。選択成長マスク層により覆われていない部分において、窒化物半導体膜が成長する。この場合、成長温度、及び、ガス比の少なくともいずれかを含む再成長条件によって、傾斜面の角度を制御可能である。
再成長により、例えば、(10−12)面、(11−22)面、または、(202−1)面などのファセット面の結晶面が形成される。これらのファセット面は、X−Y平面(例えばc面)に対して傾斜する。
このように、傾斜面(第3面10c)の形成には、エッチングによる形成、及び、ファセット面による再成長の少なくともいずれかが適用されても良い。
エッチングによる傾斜面の形成においては、工程が簡単である。エッチングによる傾斜面の形成では、例えば、エッチングによる結晶へのダメージまたは不純物の導入などが生じる可能性がある。
ファセット面による再成長においては、ダメージまたは不純物の導入が抑制される。ファセット面による再成長においては、工程が複雑である。ファセット面による再成長においては、条件の適正化により、傾斜面の角度を精度良く制御される。
図4に関して説明した、第2層20の形成及び第3層30の形成において、傾斜面(第3面10c)と重なる領域(第3部分領域p3及び第6部分領域p6:図1参照)の厚さが、他の部分よりも薄くなり易い。例えば、単位面積当たりの原料供給速度が同じとする。このとき、水平面の表面積よりも、傾斜面の表面積は広い。このため、傾斜面においては、積層方向(成長方向)の成長速度が遅くなる。一方、水平面であるc面上では、c面から傾斜した傾斜面よりも、成長速度が速い。成長速度において、結晶面方位依存性が生じる。これらにより、傾斜面上における成長速度が、水平面上における成長速度よりも遅くなり易い。
絶縁層40の形成の後に、窒素中または酸素中での熱処理(例えばアニール)を行っても良い。絶縁層40中の不純物の濃度が低減する。例えば、改質などが行われる。
図6は、第1実施形態に係る別の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、第1実施形態に係る別の半導体装置111おいては、第2厚さt2は、第1厚さt1よりも厚い。半導体装置111におけるこれ以外の構成は、半導体装置110の構成と同じである。半導体装置111においても、高いしきい値が得られる。
図7〜図10は、第1実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図7に示すように、基板60sの上に設けられた第1膜10fの上に、低Al濃度部分膜20Pを形成する。第1膜10fは、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。低Al濃度部分膜20P、例えば、AlαGa1−αN(0<α<1、α<x1)を含む。例えば、第1膜10fはAlGaN膜であり、低Al濃度部分膜20PはGaN膜である。
低Al濃度部分膜20Pの一部の上に、マスク層62を形成する。マスク層62は、傾斜面62tを有する。傾斜面62tは、第1膜10fの上面10fuに対して傾斜している。
図8に示すように、マスク層62をマスクとして用いて、低Al濃度部分膜20Pの一部、及び、第1膜10fの一部を除去する。これにより、第1層10が得られる。第1層10は、第1面10a、第2面10b及び第3面10cを含む。第3面10cは、X−Y平面に対して傾斜する。このとき、低Al濃度部分膜20Pにも傾斜面が形成される。
図9に示すように、第1層10の上、及び、傾斜面が形成された低Al濃度部分膜20Pの上に、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<x1)を含む膜を形成する。低Al濃度部分膜20P及びこの膜が、第2層20となる。第2面10bの上において、第2層20は、局所的に厚くなる。
さらに、第2層20の上に、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む第3層30を形成する。
図10に示すように、絶縁層40、第1電極51、第2電極52及び第3電極53を形成して、半導体装置111が形成される。
(第2実施形態)
図11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11に示すように、第2実施形態に係る半導体装置112も、第1電極51、第2電極52、第3電極53、第1層10、第2層20、第3層30及び絶縁層40を含む。半導体装置112においては、第1層10は、第1半導体領域11、第2半導体領域12及び第3半導体領域13を含む。半導体装置112におけるこれ以外の構成は、半導体装置110と同様である。
第1層10において、第1半導体領域11は、Aly1Ga1−y1N(0<y1<1)及びp形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。第2半導体領域12は、Aly2Ga1−y2N(0<y2<1)及びp形のAlz2Ga1−z2N(0≦z2<1)のいずれかを含む。第3半導体領域13は、Aly3Ga1−y3N(0≦y3<1、y3<y1、y3<y2)を含む。
例えば、第1半導体領域11及び第2半導体領域12は、AlGaNである。例えば、第3半導体領域13は、GaNである。第1半導体領域11及び第2半導体領域12は、例えば、バックバリア層として機能する。
第1半導体領域11の一部と、第2半導体領域12と、の間に、第3半導体領域13の一部が位置する。
例えば、第2方向D2は、第1方向D1(例えばX軸方向)と交差する。第2方向D2は、Z軸方向である。
例えば、第2半導体領域12の少なくとも一部は、第2方向D2(例えば、Z軸方向)において、第2電極52と、第1半導体領域11の一部11pと、の間に位置する。
第3半導体領域13の一部13pは、第2方向D2において、第1半導体領域11のその一部11pと、第2半導体領域12の上記の少なくとも一部と、の間に位置する。
第3半導体領域13の別の一部13qは、第2方向D2において、第3電極53と、第1半導体領域11の別の一部11qと、の間に位置する。
第1半導体領域11は、第1面10aを含む。第1面10aは、第2方向D2において、第1電極51から離れる。第2半導体領域12は、第2面10bを含む。第2面10bは、第2方向D2において第2電極52から離れる。第2面10bは、第1面10aが含まれる第1平面PL1(例えばX−Y平面)に沿う。第3半導体領域13は、第3面10cを含む。第3面10cは、第2方向D2において、第3電極53から離れる。第3面10cは、第1平面PL1に対して傾斜する。
第2層20は、既に説明した、第1部分領域p1、第2部分領域p2及び第3部分領域p3を含む。第2層20は、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<y1、x2<y2)を含む。
第3層30は、既に説明した、第4部分領域p4、第5部分領域p5及び第6部分領域p6を含む。第3層30は、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3、y3<x3)を含む。
この例においても、絶縁層40は、第2方向D2において、第3電極53と第6部分領域p6との間に設けられる。
半導体装置112においても、第3面10cと第3電極53との間の領域において、分極が弱まる。これにより、高いしきい値が得られる。
第1電極51の近傍、及び、第2電極52の近傍では、強い分極が作用する。これにより、抵抗が低くなる。高いしきい値とともに、低いオン抵抗が得られる。良好な特性のノーマリーオフ特性(高いしきい値)と、低いオン抵抗と、が得られる。
半導体装置112においても、例えば、第3厚さt3は、第1厚さt1よりも薄い。第3厚さt3は、第2厚さt2よりも薄い。しきい値がより高くなる。
半導体装置112において、半導体装置110または半導体装置111に関して説明した種々の構成が適用されても良い。
以下、半導体装置112の製造方法の例について説明する。
図12〜図15は、第2実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図12に示すように、基板60s(例えばシリコン基板)の上に、積層膜15を形成する。積層膜15は、第1半導体膜15a、第2半導体膜15b、第3半導体膜15c及び第4半導体膜15dを含む。
第1半導体膜15aは、Aly1Ga1−y1N(0<y1<1)及びp形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。第2半導体膜15bは、Aly2Ga1−y2N(0<y2<1)及びp形のAlz2Ga1−z2N(0≦z2<1)のいずれかを含む。第3半導体膜15cは、Aly3Ga1−y3N(0≦y3<1、y3<y1、y3<y2)を含む。第4半導体膜15dは、Aly4Ga1−y4N(0≦y4<1、y4<y1、y4<y2)を含む。
第1半導体膜15a及び第2半導体膜15bは、例えば、AlGaNである。または、第1半導体膜15a及び第2半導体膜15bは、例えば、p形のGaNでも良い。第3半導体膜15c及び第4半導体膜15dは、例えば、GaNである。
例えば、基板60sの上に第1半導体膜15aがある。第1半導体膜15aの上に第3半導体膜15cがある。第3半導体膜15cの上に第2半導体膜15bがある。第2半導体膜15bの上に第4半導体膜15dがある。このような積層膜15の一部の上にマスク層62が設けられる。マスク層62は、傾斜面62tを有する。傾斜面62tは、X−Y平面に対して傾斜している。
マスク層62を用いたエッチングを行うことで、第4半導体膜15dの一部、及び、第2半導体膜15bの一部を除去する。
これにより、図13に示すように、第3半導体膜15cの一部15cpが露出する。これにより、以下の構造が形成される。第1半導体膜15aは、第1面10aを含む。第2半導体膜15bの残った部分は、第2面10b及び第3面10cを含む。第1面10aに沿う第1方向D1における第3面10cの位置は、第1方向D1における第1面10aの位置と、第1方向D1における第2面10bの位置と、の間にある。第1方向D1と交差する第2方向D2において、第1面10aは、第3半導体膜15cの上記の一部15cpと重なる。第2面10bは、第1面10aが含まれる第1平面PL1に沿う。第3面10cは、第1平面PL1に対して傾斜する。第3面10cは、第1面10aに対して傾斜し、第2面10bに対して傾斜する。
第1面10a、第3面10c、及び、第4半導体膜15dの残った部分の上に、第2部分層20Fを形成する。第2部分層20Fは、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<y1、x2<y2)を含む。第2部分層20Fは、例えば、GaN層である。第2部分層20Fと、第4半導体膜15dの残った部分と、が、第2層20となる。
さらに、第2部分層20Fの上に、第3層30を形成する。第3層30は、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む。
図15に示すように、第3層30の一部の上に絶縁層40を形成する。第3層30のその一部は、第2方向D2(Z軸方向)において、第3面10cと重なる。第1電極51、第2電極52及び第3電極53を形成する。
これにより、半導体装置112が形成される。
第1半導体膜15aの少なくとも一部が、第1半導体領域11(図11参照)となる。第2半導体膜15bの残った部分の少なくとも一部が、第2半導体領域12(図11参照)となる。第3半導体膜15cの少なくとも一部が、第3半導体領域13(図11参照)となる。第4半導体膜15dの残った部分が、第2層20の一部となる。
(第3実施形態)
図16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16に示すように、第3実施形態に係る半導体装置113も、第1電極51、第2電極52、第3電極53、第1層10、第2層20、第3層30及び絶縁層40を含む。半導体装置113においては、第1層10は、第1半導体領域11及び第2半導体領域12を含む。半導体装置113におけるこれ以外の構成は、半導体装置110と同様である。
第1層10において、第1半導体領域11は、Aly1Ga1−y1N(0<y1<1)及びp形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。第2半導体領域12は、Aly2Ga1−y2N(0<y2<1)及びp形のAlz2Ga1−z2N(0≦z2<1)のいずれかを含む。第1半導体領域11及び第2半導体領域12は、例えば、AlGaNを含む。または、第1半導体領域11及び第2半導体領域12は、p形のGaNを含んでも良い。
第2半導体領域12の一部は、第2方向D2において、第2電極52と、第1半導体領域11の一部11pと、の間に位置する。第2方向D2は、第1方向D1(X軸方向)と交差する。第2方向D2は、例えば、Z軸方向である。
第2半導体領域12の別の一部12qは、第2方向D2において、第3電極53と第1半導体領域11の別の一部11qとの間に位置する。
第1半導体領域11は、第1面10aを含む。第1面10aは、第2方向D2において、第1電極51から離れる。
第2半導体領域12の上記の一部12pは、第2面10bを含む。第2面10bは、第2方向D2において第2電極52から離れる。第2面10bは、第1面10aが含まれる第1平面PL1(例えばX−Y平面)に沿う。
第2半導体領域12の上記の別の一部12qは、第3面10cを含む。第3面10cは、第2方向D2において、第3電極53から離れる。第3面10cは、第1平面PL1に対して傾斜する。第3面10cは、第1面10a及び第2面10bに対して傾斜する。
第2層20は、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<y1、x2<y2)を含む。第2層20は、例えば、GaN層である。第2層20は、既に説明した、第1部分領域p1、第2部分領域p2及び第3部分領域p3を含む。
第3層30は、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む。第3層30は、例えばAlGaN層である。第3層30は、既に説明した、第4部分領域p4、第5部分領域p5及び第6部分領域p6を含む。
この例においても、絶縁層40は、第2方向D2において第3電極53と第6部分領域p6との間に設けられる。
半導体装置113においても、第3面10cと第3電極53との間の領域において、分極が弱まる。これにより、高いしきい値が得られる。
第1電極51の近傍、及び、第2電極52の近傍では、強い分極が作用する。これにより、抵抗が低くなる。高いしきい値とともに、低いオン抵抗が得られる。良好な特性のノーマリーオフ特性(高いしきい値)と、低いオン抵抗と、が得られる。
半導体装置113においても、例えば、第3厚さt3は、第1厚さt1よりも薄い。第3厚さt3は、第2厚さt2よりも薄い。しきい値がより高くなる。
図16に示すように、この例では、第2層20の一部20pは、第2方向D2において第3電極53と重なっている。第3面10cは、第2方向D2において、第3電極53と、第2層20のこの一部20pと、の間に位置している。このような構成においても、高いしきい値が得られる。
第2層20の一部20pの表面は、X−Y平面に対して傾斜している。この傾斜方向は、第3面10cの傾斜方向とは逆である。
半導体装置113において、半導体装置110、半導体装置111または半導体装置112に関して説明した種々の構成が適用されても良い。
以下、半導体装置113の製造方法の例について説明する。
図17〜図20は、第3実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図17に示すように、基板60s(例えばシリコン基板)の上に、積層膜16を形成する。積層膜16は、第1半導体膜16aと、第1低Al濃度膜16Lと、を含む。基板60sの上に、第1半導体膜16aを形成し、その上に、第1低Al濃度膜16Lを形成する。第1低Al濃度膜16Lの一部の上に、ハードマスク61を形成し、その上に、マスク層62(例えばレジストマスク)を形成する。マスク層62を用いて、ハードマスク61を加工し、さらに、第1低Al濃度膜16Lの一部を除去する。これにより、積層膜16が形成される。
積層膜16において、第1半導体膜16aは、Aly1Ga1−y1N(0<y1<1)及びp形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。第1半導体膜16aは、例えば、AlGaN層またはp形GaN層である。
第1半導体膜16aは、第1部分16ap及び第2部分16aqを含む。第1部分16apから第2部分16aqに向かう方向は、第1方向D1(例えば、X軸方向)に沿う。
積層膜16において、第1低Al濃度膜16Lは、Aly5Ga1−y5N(0≦y5<1、y5<y1)を含む。第1低Al濃度膜16Lは、例えば、GaN層である。第1低Al濃度膜16Lは、第1部分16apの第1面10aの上に設けられる。第1面10aは、X−Y平面に沿う。
図18に示すように、積層膜16の第2部分16aqの上に、第2半導体膜16bを形成する。第2半導体膜16bは、Aly2Ga1−y2N(0<y2<1、y5<y2)及びp形のAlz2Ga1−z2N(0≦z2<1)のいずれかを含む。第2半導体膜16bは、例えば、AlGaN層またはp形GaN層である。
第2半導体膜16bは、第2面10b及び第3面10cを含む。第2面10bは、第1面10aが含まれる第1平面PL1(例えばX−Y平面)に沿う。第3面10cは、第1平面PL1に対して傾斜する。第3面10cは、第1面10aに対して傾斜し、第2面10bに対して傾斜する。
第1面10aに沿う第1方向D1(例えばX軸方向)における第3面10cの位置は、第1方向D1における第1面10aの位置と、第1方向D1における第2面10bの位置と、の間にある。
さらに、第2面10bの上に、第2低Al濃度膜16Mを形成する。第2低Al濃度膜16Mは、Aly3Ga1−y3N(0≦y3<1、y3<y1、y3<y2)を含む。第2低Al濃度膜16Mは、例えば、GaN層である。
図19に示すように、第1低Al濃度膜16L、第3面10c、及び、第2低Al濃度膜16Mの上に、第2部分層20Fを形成する。第2部分層20Fは、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<y1、x2<y2)を含む。第2部分層20Fは、例えば、GaN層である。第2部分層20F、第1低Al濃度膜16Lの少なくとも一部、及び、第2低Al濃度膜16Mの少なくとも一部が、第2層20となる。
さらに、第2部分層20Fの上に、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む第3層30を形成する。
図20に示すように、第3層30の一部の上に絶縁層40を形成する。第3層30のこの一部は、第2方向D2(Z軸方向)において第3面10cと重なる。第1電極51、第2電極52及び第3電極53を形成する。
これにより、半導体装置113が形成される。
第1半導体膜16aの少なくとも一部が、第1半導体領域11(図11参照)となる。第2半導体膜16bの少なくとも一部が、第2半導体領域12(図12参照)となる。
図21〜図24は、実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。
図21〜図24に示すように、半導体装置110a〜113aにおいては、第1電極51と第3電極53との間の第1方向D1に沿った第1距離d1は、第2電極52と第3電極53との間の第1方向D1に沿った第2距離d2よりも長い。半導体装置110a〜113aにおけるこれ以外の構成は、半導体装置110〜113と同様である。半導体装置110a〜113aにおいても、高いしきい値を得ることができる。
半導体装置110〜113においては、第1電極51は、第1方向D1(X軸方向)において、第3層30の少なくとも一部と重なる。実施形態において、第1電極51と第2電極52とを入れ変えても良い。この場合、第2電極52は、第1方向D1において第3層30の少なくとも一部と重なる。
半導体装置110〜113及び110a〜113aにおいては、基板60sを規準にしたときに、第1電極51の下面の位置は、第2電極52の下面の位置とは異なる。例えば、基板60sと第1面10aとの間の第2方向D2(Z軸方向)に沿う距離は、基板60sと第2面10bとの間の第2方向D2(Z軸方向)に沿う距離とは異なる。例えば、第2方向D2における第3面10cの位置は、第2方向D2における第1面10aの位置と、第2方向D2における第2面10bの位置と、の間にある。
例えば、このような構造の形成においては、高い精度が比較的得やすい。安定した特性が得やすい。
(第4実施形態)
図25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25に示すように、第4実施形態に係る半導体装置120も、第1電極51、第2電極52、第3電極53、第1層10、第2層20、第3層30及び絶縁層40を含む。半導体装置120においては、第1層10は、第1面10a、第2面10b及び第3面10cに加えて、第4面10dを含む。半導体装置120におけるこれ以外の構成は、半導体装置110と同様である。
この例においても、第1層10は、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。第2層20は、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<x1)を含む。第3層30は、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む。
第4面10dは、第1面10a(または第1平面PL1)に対して傾斜している。第4面10dは、第3面10cと交差する。例えば、第1方向D1(X軸方向)における第4面10dの位置は、第1方向D1における第1面10aの位置と、第1方向D1における第3面10cの位置と、の間にある。第4面10dは、第1面10aと連続し、第3面10cと連続する。第3面10c及び第4面10dは、第1層10における凹面である。
第2層20の第3部分領域p3は、第3電極53と第3面10cとの間、及び、第3電極53と第4面10dとの間にある。この場合も、第3層30の第6部分領域p6は、第3電極53と第3部分領域p3との間にある。
第3部分領域p3は、第1方向D1(X軸方向)において、第1層10に含まれる2つの部分の間にある。
半導体装置120においても、第3面10cと第3電極53との間の領域、及び、第4面10dと第3電極53との間において、分極が弱まる。これにより、高いしきい値が得られる。
例えば、第3面10cと第4面10dとの境界部分は、第2層20及び第3層30が大きく曲がる。しきい値がより高くなり易い。
第1電極51の近傍、及び、第2電極52の近傍では、強い分極が作用する。これにより、抵抗が低くなる。高いしきい値とともに、低いオン抵抗が得られる。良好な特性のノーマリーオフ特性(高いしきい値)と、低いオン抵抗と、が得られる。
図26〜図29は、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図26に示すように、基板60s(例えばシリコン基板)の上に、第1層10となる第1膜10fを形成し、その上に、マスク層62を形成する。マスク層62の開口部において、第1膜10fを除去して凹部10Dを形成する。凹部10Dは、傾斜面を有する。これにより、第1層10が得られる。
図27に示すように、第1層10は、第1面10a、第2面10b、第3面10及び第4面10dを含む。
図28に示すように、第2層20及び第3層30を形成する。
図29に示すように、絶縁層40、第1電極51、第2電極52及び第3電極53を形成する。これにより、半導体装置120が得られる。
図30は、第4実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。
図30に示すように、第4実施形態に係る別の半導体装置121も、第1電極51、第2電極52、第3電極53、第1層10、第2層20、第3層30及び絶縁層40を含む。半導体装置121においては、第1層10は、第1面10a、第2面10b、第3面10c及び第4面10dを含む。半導体装置121においては、第2層20は、第1低Al濃度膜16L及び第2低Al濃度膜16Mを含む。半導体装置121におけるこれ以外の構成は、半導体装置120と同様である。
この例においても、第1層10は、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。第2層20は、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<x1)を含む。第3層30は、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む。
第1低Al濃度膜16Lは、例えば、Alx21Ga1−x21N(0≦x21<1、x21<x1)を含む。第2低Al濃度膜16Mは、Alx22Ga1−x22N(0≦x22<1、x22<x1)を含む。第3層30において、組成比x3は、組成比x21よりも高く、組成比x22よりも高い。
第2層20において、第1部分領域p1は、第1低Al濃度膜16Lの一部及び第2低Al濃度膜16Mの一部を含む。第2部分領域p2は、第1低Al濃度膜16Lの別の一部及び第2低Al濃度膜16Mの別の一部を含む。第3部分領域p3は、第2低Al濃度膜16Mのさらに一部を含む。
半導体装置121においても、分極が弱まり、高いしきい値が得られる。良好な特性のノーマリーオフ特性(高いしきい値)と、低いオン抵抗と、が得られる。
図31〜図34は、第4実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図31に示すように、基板60s(例えばシリコン基板)の上に、第1層10となる第1膜10fを形成し、その上に第1低Al濃度膜16Lとなる膜16Lfを形成し、その上に、マスク層62を形成する。マスク層62の開口部において、膜16Lfの一部及び第1膜10fを除去して凹部10Dを形成する。凹部10Dは、傾斜面を有する。これにより、第1層10及び第1低Al濃度膜16Lが得られる。
図32に示すように、第1層10は、第1面10a、第2面10b、第3面10及び第4面10dを含む。第1面10aの上に、第1低Al濃度膜16Lの一部が残る。第2面10bの上に、第1低Al濃度膜16Lの別の一部が残る。
図33に示すように、第2低Al濃度膜16M及び第3層30を形成する。第1低Al濃度膜16L及び第2低Al濃度膜16Mが、第2層20となる。
図34に示すように、絶縁層40、第1電極51、第2電極52及び第3電極53を形成する。これにより、半導体装置121が得られる。
(第5実施形態)
図35は、第5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35に示すように、第5実施形態に係る半導体装置130も、第1電極51、第2電極52、第3電極53、第1層10、第2層20、第3層30及び絶縁層40を含む。半導体装置130においても、第1層10は、第1面10a、第2面10b、第3面10c及び第4面10dを含む。半導体装置130において、第3面10c及び第4面10dは、第1層10における凸面である。半導体装置130におけるこれ以外の構成は、半導体装置130と同様である。
半導体装置130においても、第3面10cと第3電極53との間の領域、及び、第4面10dと第3電極53との間において、分極が弱まる。これにより、高いしきい値が得られる。
例えば、第3面10cと第4面10dとの境界部分は、第2層20及び第3層30が大きく曲がる。しきい値がより高くなり易い。
第1電極51の近傍、及び、第2電極52の近傍では、強い分極が作用する。これにより、抵抗が低くなる。高いしきい値とともに、低いオン抵抗が得られる。良好な特性のノーマリーオフ特性(高いしきい値)と、低いオン抵抗と、が得られる。
半導体装置130において、第1電極51は、第1方向D1(X軸方向)において第3層30の少なくとも一部と重なる。第2電極52も、第1方向D1において第3層30の少なくとも一部と重なる。
図36〜図39は、第5実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図36に示すように、基板60s(例えばシリコン基板)の上に、第1層10の一部となる第1膜10fを形成し、その上に、マスク層62を形成する。マスク層62の開口部において、第1層10の一部となる凸部膜10Pfを成長させる。凸部膜10Pfは、傾斜面を有する。第1膜10f及び凸部膜10Pfが、第1層10となる。
図37示すように、第1層10は、第1面10a、第2面10b、第3面10及び第4面10dを含む。
図38に示すように、第2層20及び第3層30を形成する。
図39に示すように、絶縁層40、第1電極51、第2電極52及び第3電極53を形成する。これにより、半導体装置130が得られる。
図40は、第5実施形態に係る別の半導体装置を例示する模式的断面図である。
図40に示すように、第4実施形態に係る別の半導体装置131も、第1電極51、第2電極52、第3電極53、第1層10、第2層20、第3層30及び絶縁層40を含む。半導体装置131においては、第1層10は、第1面10a、第2面10b、第3面10c及び第4面10dを含む。半導体装置131においては、第2層20は、第1低Al濃度膜16L及び第2低Al濃度膜16Mを含む。半導体装置131におけるこれ以外の構成は、半導体装置130と同様である。
この例においても、第1層10は、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む。第2層20は、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<x1)を含む。第3層30は、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む。
第1低Al濃度膜16Lは、例えば、Alx21Ga1−x21N(0≦x21<1、x21<x1)を含む。第2低Al濃度膜16Mは、Alx22Ga1−x22N(0≦x22<1、x22<x1)を含む。第3層30において、組成比x3は、組成比x21よりも高く、組成比x22よりも高い。
第2層20において、第1部分領域p1は、第1低Al濃度膜16Lの一部及び第2低Al濃度膜16Mの一部を含む。第2部分領域p2は、第1低Al濃度膜16Lの別の一部及び第2低Al濃度膜16Mの別の一部を含む。第3部分領域p3は、第2低Al濃度膜16Mのさらに一部を含む。
この例において、第1層10の凸部10Pに第3面10c及び第4面10dが設けられる。この例において、第2方向D2(Z軸方向)において、第1低Al濃度膜16Lの一部と第3電極53との間に、第3面10cが位置する。第2方向D2において、第1低Al濃度膜16Lの別の一部と第3電極53との間に、第4面10が位置する。
半導体装置131においても、分極が弱まり、高いしきい値が得られる。良好な特性のノーマリーオフ特性(高いしきい値)と、低いオン抵抗と、が得られる。
半導体装置131において、第1電極51は、第1方向D1(X軸方向)において第3層30の少なくとも一部と重なる。第2電極52も、第1方向D1において第3層30の少なくとも一部と重なる。
半導体装置120、121、130及び131においても、例えば、第3厚さt3は、第1厚さt1よりも薄い。第3厚さt3は、第2厚さt2よりも薄い。しきい値がより高くなる。
実施形態によれば、高いしきい値を得ることができる半導体装置及びその製造方法が提供できる。
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、層、半導体膜、絶縁層及び基板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及びその製造方法を基にして、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及びその製造方法も、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層、 10B…バッファ層、 10D…凹部、 10P…凸部、 10Pf…凸部膜、 10a…第1面、 10b…第2面、 10c…第3面、 10d…第4面、 10f…第1膜、 10fu…上面、 11…第1半導体領域、 11p…一部、 11q…一部、 12…第2半導体領域、 12p…一部、 12q…一部、 13…第3半導体領域、 13p…一部、 13q…一部、 15…積層膜、 15a〜15d…第1〜第4半導体膜、 15cp…一部、 16…積層膜、 16L…第1低Al濃度膜、 16Lf…膜、 16M…第2低Al濃度膜、 16a、16b…第1、第2半導体膜、 16ap…部分、 16aq…部分、 20…第2層、 20F…第2部分層、 20P…低Al濃度部分膜、 20a…第2層面、 20p…一部、 22…2次元電子ガス、 30…第3層、 30a…第3層面、 40…絶縁層、 40a…第1絶縁層面、 40b…第2絶縁層面、 51〜53…第1〜第3電極、 53a…第3電極面、 60s…基板、 61…ハードマスク、 62…マスク層、 62t…傾斜面、 110、110a、111、111a、112、112a、113、113a、120、121、130、1301…半導体装置、 D1〜D3…第1〜第3方向、 PL1…第1平面、 PL3…第3平面、 d1、d2…第1、第2距離、 p1〜p6…第1〜第6部分領域、 t1〜t3…第1〜第3厚さ

Claims (11)

  1. 第1電極と、
    第2電極と、
    第3電極であって、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、
    前記第1方向と交差する第2方向において前記第1電極から離れた第1面、前記第2方向において前記第2電極から離れ前記第1面が含まれる第1平面に沿う第2面、及び、前記第2方向において前記第3電極から離れた凹面を含む第1層であって、前記凹面は第3面及び第4面を含み、前記第4面の前記第1方向における位置は前記第1面の前記第1方向における位置と前記第2面の前記第1方向における位置との間にあり、前記第3面の前記第1方向における位置は前記第4面の前記第1方向における前記位置と前記第2面の前記第1方向における前記位置との間にあり、前記第3面及び前記第4面は、前記第3電極から前記第1層への向きにおいて前記第3面と前記第4面との間の前記第1方向に沿う距離が短くなるように、前記第1平面に対して傾斜し、前記第1層は、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む、前記第1層と、
    前記第2方向において前記第1電極と前記第1面との間に設けられた第1部分領域、前記第2方向において前記第2電極と前記第2面との間に設けられた第2部分領域、及び、前記第2方向において前記第3電極と前記凹面との間に設けられた第3部分領域を含み、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<x1)を含む第2層であって、前記第3面に対して垂直な第3方向に沿う前記第3部分領域の第3厚さは、前記第2方向に沿う前記第2部分領域の第2厚さよりも薄い、前記第2層と、
    前記第2方向において前記第1電極と前記第1部分領域との間に設けられた第4部分領域、前記第2方向において前記第2電極と前記第2部分領域との間に設けられた第5部分領域、及び、前記第2方向において前記第3電極と前記第3部分領域との間に設けられた第6部分領域を含み、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む第3層と、
    前記第2方向において前記第3電極と前記第6部分領域との間に設けられた絶縁層と、
    を備えた半導体装置。
  2. 第1電極と、
    第2電極と、
    第3電極であって、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、
    前記第1方向と交差する第2方向において前記第1電極から離れた第1面、前記第2方向において前記第2電極から離れ前記第1面が含まれる第1平面に沿う第2面、及び、前記第2方向において前記第3電極から離れた凸部を含む第1層であって、前記凸部は、前記第3電極に向けて突出し、前記凸部は前記第1平面に対して傾斜した第3面及び第4面を含み、前記第3面の前記第1方向における位置は、前記第1面の前記第1方向における位置と、前記第2面の前記第1方向における位置と、の間にあり、前記第4面の前記第1方向における位置は、前記第1面の前記第1方向における前記位置と、前記第3面の前記第1方向における前記位置との間にあり、前記第4面の傾斜方向は、前記第3面の傾斜方向と逆であり、前記第3面と前記第3電極との間の前記第2方向に沿う距離は、前記第2面と前記第3電極との間の前記第2方向に沿う距離よりも短く、前記第4面と前記第3電極との間の前記第2方向に沿う距離は、前記第1面と前記第3電極との間の前記第2方向に沿う距離よりも短く、前記凸部は、前記第面及び前記第3面と連続し前記第3面の傾斜方向に対して逆方向に傾斜した第1の側面と、前記第面及び前記第4面と連続し前記第4面の傾斜方向に対して逆方向に傾斜した第2の側面と、を含み、前記第1の側面と前記第3電極との間の前記第2方向に沿う距離は、前記第4面と前記第3電極との間の前記第2方向に沿う距離よりも長く、前記第2の側面と前記第3電極との間の前記第2方向に沿う距離は、前記第3面と前記第3電極との間の前記第2方向に沿う距離よりも長く、前記第1層は、Alx1Ga1−x1N(0<x1<1)、及び、p形のAlz1Ga1−z1N(0≦z1<1)のいずれかを含む、前記第1層と、
    前記第2方向において前記第1電極と前記第1面との間に設けられた第1部分領域、前記第2方向において前記第2電極と前記第2面との間に設けられた第2部分領域、及び、前記第2方向において前記第3電極と前記凸部との間に設けられた第3部分領域を含む第2層であって、前記第2層の一部は、前記第2方向において前記第1の側面と前記第1面との間にあり、前記第2層の別の一部は、前記第2方向において前記第2の側面と前記第2面との間にあり、前記第2層は、Alx2Ga1−x2N(0≦x2<1、x2<x1)を含む、前記第2層と、
    前記第2方向において前記第1電極と前記第1部分領域との間に設けられた第4部分領域、前記第2方向において前記第2電極と前記第2部分領域との間に設けられた第5部分領域、及び、前記第2方向において前記第3電極と前記第3部分領域との間に設けられた第6部分領域を含み、Alx3Ga1−x3N(0<x3<1、x2<x3)を含む第3層と、
    前記第2方向において前記第3電極と前記第6部分領域との間に設けられた絶縁層と、
    を備えた半導体装置。
  3. 前記第3面に対して垂直な第3方向に沿う前記第3部分領域の第3厚さは、前記第2方向に沿う前記第2部分領域の第2厚さよりも薄い、請求項2記載の半導体装置。
  4. 前記第4部分領域は、前記第1電極と電気的に接続され、前記第5部分領域は、前記第2電極と電気的に接続された、請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
  5. 前記第1面と、前記第1層のc面と、の間の角度の絶対値は、前記第3面と前記c面との間の角度の絶対値よりも小さい、請求項1〜のいずれか1つに記載の半導体装置。
  6. 前記第1面及び第2面は、前記第1層のc面に沿い、
    前記第3面は、前記c面に対して傾斜した、請求項1〜のいずれか1つに記載の半導体装置。
  7. 前記第1面と、前記第1層のc面と、の間の角度の絶対値は、5度以下であり、
    前記第3面と、前記第1層のc面と、の間の角度の絶対値は、10度以上80度以下である、請求項1〜のいずれか1つに記載の半導体装置。
  8. 前記第3電極は、前記絶縁層に対向する第3電極面を含み、
    前記第3電極面は、前記第3面を含む第3平面に沿った、請求項1〜のいずれか1つに記載の半導体装置。
  9. 前記絶縁層は、前記第3面に対向する第1絶縁層面を含み、
    前記第1絶縁層面は、前記第3面を含む第3平面に沿った、請求項1〜のいずれか1つに記載の半導体装置。
  10. 前記絶縁層は、前記第3電極に対向する第2絶縁層面を含み、
    前記第2絶縁層面は、前記第3平面に沿った、請求項記載の半導体装置。
  11. 記第3層は、前記第3面に対向する第3層面を含み、
    前記第3層面は、前記第3面を含む第3平面に沿った、請求項1〜のいずれか1つに記載の半導体装置。
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