WO2023228899A1 - 窒化物半導体装置 - Google Patents

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Abstract

窒化物半導体装置(10)は、基板(12)と、基板(12)の上方に配置されるとともに、基板(12)の上方に側壁面(16E)が露出した電子走行層(16)と、電子走行層(16)との界面付近において電子走行層(16)内に二次元電子ガス(20)を発生させるべく電子走行層(16)の上に配置された電子供給層(18)と、電子走行層(16)の側壁面(16E)を覆う保護絶縁膜(46)とを備える。基板(12)は、電子走行層(16)の側壁面(16E)よりも外側に位置するとともに保護絶縁膜(46)の下端面(46S)と接する基板外周部(12P)を含む。

Description

窒化物半導体装置
 本開示は、窒化物半導体装置に関する。
 現在、窒化ガリウム(GaN)等のIII族窒化物半導体(以下、単に「窒化物半導体」と言う場合がある)を用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT)の製品化が進んでいる。特許文献1は、ノーマリーオフ型(エンハンスメント型とも呼ばれる)GaN-HEMTデバイスの一例を開示している。
 特許文献1に記載のデバイスは、基板の上方に設けられたGaN層と、GaN層の上に設けられた窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)層と、AlGaN層の上に設けられるとともにアクセプタ型不純物がドープされたp型GaNゲート層とを含む。この構造では、GaN層(電子走行層とも呼ばれる)とAlGaN層(電子供給層とも呼ばれる)との間のヘテロ接合界面付近においてGaN層内に発生した二次元電子ガス(2DEG)がソース-ドレイン間の電流経路として使用される。
特表2012-523697号公報
 GaN-HEMTデバイスなどの窒化物半導体装置は、一枚の大判の基板に多数個一括して形成された後、ダイシングによって個々のチップに個片化される。その後、各チップは、内部の構造に対する外的要因の影響(例えば、衝撃などの物理的影響、サージなどの電気的影響、または水分などのその他の影響)を抑制するために封止樹脂で封止される。
 封止樹脂は、例えばチップ端部に露出したGaN層(2DEGが生じる窒化物半導体層)の側壁面を覆うように設けられる。しかしながら、例えばGaN層の側壁面との界面において封止樹脂の形成が十分でないなどの何らかの欠陥が封止樹脂にある場合、GaN層に対する外的要因の影響が十分に抑制されない。
 なお、このような課題は、窒化物半導体HEMTのみならず、窒化物半導体層(上記の例ではGaN層)に生じた2DEGを電流経路として使用する他の窒化物半導体装置(例えば窒化物半導体ダイオードなど)においても同様に生じ得る。
 本開示の一態様による窒化物半導体装置は、基板と、前記基板の上方に配置されるとともに、前記基板の上方に側壁面が露出した第1窒化物半導体層と、前記第1窒化物半導体層との界面付近において前記第1窒化物半導体層内に二次元電子ガスを発生させるべく前記第1窒化物半導体層の上に配置された第2窒化物半導体層と、前記第1窒化物半導体層の前記側壁面を覆う保護絶縁膜とを備え、前記基板は、前記第1窒化物半導体層の前記側壁面よりも外側に位置するとともに前記保護絶縁膜の下端面と接する基板外周部を含む。
 本開示の一態様による窒化物半導体装置は、窒化物半導体層に対する外的要因の影響を抑制することができる。
図1は、一実施形態に係る例示的な窒化物半導体装置の端部周辺構造を示す概略断面図である。 図2は、図1に示す四角枠F2で囲まれた部分の概略拡大断面図である。 図3は、図1の窒化物半導体装置の例示的なHEMT構造を示す概略断面図である。 図4は、図1の窒化物半導体装置の概略的な部分平面図である。 図5は、図1の窒化物半導体装置の例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図6は、図5に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図7は、図6に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図8は、図7に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図9は、図8に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図10は、図9に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図11は、図10に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図12は、図11に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図13は、図12に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図14は、図13に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図15は、図14に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図16は、図15に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図17は、図16に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図18は、図17に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図19は、図18に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図20は、図19に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。 図21は、図20に続く例示的な製造工程を示す概略断面図である。
 以下、添付図面を参照して本開示による半導体装置のいくつかの実施形態を説明する。なお、図面に示される構成要素は、分かり易さおよび明瞭化のために部分的に拡大されている場合があり、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、理解を容易にするために、断面図では、ハッチング線が省略されている場合がある。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
 以下の詳細な記載は、本開示の例示的な実施形態を具体化する装置、システム、および方法を含む。この詳細な記載は本来説明のためのものに過ぎず、本開示の実施形態またはこのような実施形態の適用および使用を限定することを意図しない。
 [1.窒化物半導体装置の全体構造]
 図1~図4を参照して、一実施形態に係る例示的な窒化物半導体装置10の全体構造を説明する。例えば、窒化物半導体装置10は、III族窒化物半導体を用いたHEMTとして構成され得る。III族窒化物半導体の代表例は、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)であり、一般には、AlInGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表すことができる。図1~図4の例では、窒化物半導体装置10は、GaNを用いたGaN-HEMTとして構成されている。
 図1は、窒化物半導体装置10の端部周辺構造を示す概略断面図であり、図2は、図1に示す四角枠F2で囲まれた部分の概略拡大断面図である。図3は、窒化物半導体装置10の例示的なHEMT構造を示す概略断面図である。また、図4は、窒化物半導体装置10の概略的な部分平面図である。なお、図1は図4のF1-F1線断面を示し、図3は図4のF3-F3線断面を示している。まず、図3を参照してHEMT構造について説明する。
 [1-1.例示的なHEMT構造]
 図3に示されるように、窒化物半導体装置10は、基板12と、基板12上に形成されたバッファ層14と、バッファ層14上に形成された電子走行層16と、電子走行層16上に形成された電子供給層18とを含む。
 基板12は、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(SiC)、GaN、サファイア、または他の基板材料で形成され得る。例えば、基板12は、導電性Si基板である。基板12の厚さは、例えば200μm以上1500μm以下であってよい。なお、各図(例えば図1)に示された互いに直交するXYZ軸のZ方向は、基板12の主面12Sと直交する方向である。本明細書で使用される「平面視」という用語は、明示的に別段の記載がない限り、Z方向に沿って上方から窒化物半導体装置10を視ることをいう。
 バッファ層14は、基板12と電子走行層16との間に位置し、基板12と電子走行層16との間の格子不整合を緩和することができる任意の材料によって形成され得る。例えば、バッファ層14は、1つまたは複数の窒化物半導体層を含む。例えば、バッファ層14は、AlN層、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)層、および異なるアルミニウム(Al)組成を有するグレーテッドAlGaN層のうちの少なくとも1つを含み得る。例えば、バッファ層14は、単一のAlN層、単一のAlGaN層、AlGaN/GaN超格子構造を有する層、AlN/AlGaN超格子構造を有する層、またはAlN/GaN超格子構造を有する層によって形成され得る。
 一例において、バッファ層14は、基板12上に形成された第1バッファ層と、第1バッファ層上に形成された第2バッファ層とを含む。第1バッファ層は、例えばAlN層であり、例えば200nm程度の厚さを有し得る。第2バッファ層は、例えば複数のAlGaN層を含み、各AlGaN層は例えば100nm程度の厚さを有し得る。なお、バッファ層14におけるリーク電流を抑制するために、バッファ層14の一部に不純物を導入して半絶縁性にしてもよい。その場合、不純物は、例えば炭素(C)または鉄(Fe)であり、不純物の濃度は、例えば4×1016cm-3以上であってよい。
 電子走行層16は窒化物半導体で構成されており、例えばGaN層であってよい。電子走行層16は第1窒化物半導体層に対応する。電子走行層16は、例えば0.5μm以上2μm以下の厚さを有し得る。なお、電子走行層16におけるリーク電流を抑制するために、電子走行層16の一部に不純物を導入して電子走行層16の表層領域以外を半絶縁性にしてもよい。その場合、不純物は例えばCであり、不純物の濃度は、例えばピーク濃度で1×1019cm-3以上であってよい。
 電子供給層18は電子走行層16よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体で構成されており、例えばAlGaN層であってよい。電子供給層18は第2窒化物半導体層に対応する。AlGaN層では、Al組成が大きいほどバンドギャップが大きくなるため、AlGaN層である電子供給層18は、GaN層である電子走行層16よりも大きなバンドギャップを有している。電子供給層18は、例えばAlGa1-xNで構成されており、xは0.1<x<0.4であり、より好ましくは0.2<x<0.3である。ただし、必ずしもこの範囲にxの値は限定されない。電子供給層18は、例えば5nm以上20nm以下の厚さを有し得る。
 電子走行層16と電子供給層18は、互いに異なる格子定数を有する窒化物半導体によって構成されている。したがって、電子走行層16を構成する窒化物半導体(例えば、GaN)と電子供給層18を構成する窒化物半導体(例えば、AlGaN)とは格子不整合系の接合になっている。電子走行層16および電子供給層18の自発分極と、電子供給層18のヘテロ接合部が受ける応力に起因するピエゾ分極とによって、電子走行層16と電子供給層18とのヘテロ接合界面付近における電子走行層16の伝導帯のエネルギーレベルはフェルミ準位よりも低くなる。これにより、電子走行層16と電子供給層18とのヘテロ接合界面に近い位置(例えば、界面から数nm程度の距離)において電子走行層16内には二次元電子ガス(2DEG)20が広がっている。
 窒化物半導体装置10はさらに、電子供給層18上に形成されたゲート層22と、ゲート層22上に形成されたゲート電極24と、電子供給層18、ゲート層22、およびゲート電極24を覆うパッシベーション層26とを含む。
 ゲート層22は、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体で構成されており、電子供給層18の上に配置されている。ゲート層22は第3窒化物半導体層に対応する。ゲート層22は、電子供給層18よりも小さなバンドギャップを有する任意の材料によって構成され得る。例えば、電子供給層18がAlGaN層である場合、ゲート層22は、アクセプタ型不純物がドープされたGaN層、すなわちp型GaN層であってよい。アクセプタ型不純物は、例えば、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、および炭素(C)のうちの少なくとも1つを含み得る。アクセプタ型不純物は、例えば、7×1018cm-3以上1×1020cm-3以下の最大濃度を有し得る。
 ゲート電極24は、ゲート層22の上面の一部または全部に形成されており、ゲート層22とショットキー接合を形成している。ゲート電極24は、1つまたは複数の金属層によって構成されており、例えば窒化チタン(TiN)層であってよい。あるいは、ゲート電極24は、第1金属層(例えば、Ti層)と、第1金属層上に設けられた第2金属層(例えば、TiN層)とによって構成されてもよい。ゲート電極24は、例えば、50nm以上300nm以下の厚さを有し得る。
 パッシベーション層26は、例えば、窒化シリコン(SiN)膜、二酸化シリコン(SiO)膜、酸窒化シリコン(SiON)膜、アルミナ(Al)膜、AlN膜、および酸窒化アルミニウム(AlON)膜のうちのいずれか1つの単膜か、またはそれらの2つ以上の任意の組み合わせを含む複合膜によって構成されている。
 パッシベーション層26は、ソース開口部26Aおよびドレイン開口部26Bを含む。ソース開口部26Aは、電子供給層18の一部をソース接続領域18Aとして露出させ、ドレイン開口部26Bは、電子供給層18の一部をドレイン接続領域18Bとして露出させる。ゲート層22は、ソース開口部26Aとドレイン開口部26Bとの間に位置している。
 窒化物半導体装置10はさらに、パッシベーション層26の上に形成されたバリア膜28と、バリア膜28を介してパッシベーション層26の上に形成された電極層30とを含む。バリア膜28は、例えばTiN膜であってよい。電極層30は、ソース開口部26Aを介して電子供給層18のソース接続領域18Aに接するソース電極32と、ドレイン開口部26Bを介して電子供給層18のドレイン接続領域18Bに接するドレイン電極34とを含む。ソース電極32およびドレイン電極34は、それぞれソース開口部26Aおよびドレイン開口部26Bを介して、電子供給層18の直下の2DEG20とオーミック接触している。
 電極層30(ソース電極32およびドレイン電極34)は、例えば、Ti層、TiN層、Al層、AlSiCu層、およびAlCu層のうちの少なくとも1つを用いた1つまたは複数の金属層を含む。例えば、ソース電極32とドレイン電極34とは同じ材料で形成され得る。この場合、ソース電極32とドレイン電極34とが同一の工程で形成される点で有利である。バリア膜28は、電極層30の金属材料がパッシベーション層26に拡散することを抑制する。
 ソース電極32は、ソース電極部32Aとフィールドプレート電極部32Bとを含む。ソース電極部32Aは、ソース開口部26Aに充填された充填領域と、充填領域と一体に形成されるとともに平面視でソース開口部26Aの上方および周辺に形成された上部領域とを含む。例えば、上部領域は、平面視でゲート層22およびゲート電極24を覆う位置まで延在している。図3の例では、フィールドプレート電極部32Bは、ソース電極部32Aに連続して一体に形成されている。ただし、フィールドプレート電極部32Bは、ソース電極部32Aとは離間して別々に形成されてもよい。
 フィールドプレート電極部32Bは、ドレイン電極34寄りの位置にフィールドプレート端部32Cを有している。図1のX軸方向においてゲート層22のドレイン側端部からフィールドプレート端部32Cまでのフィールドプレート電極部32Bの長さは、フィールドプレート長と定義され得る。フィールドプレート電極部32Bは、ゲート-ソース間電圧が0V(トランジスタオフ)の状態でソース-ドレイン間電圧に高電圧が印加されたときに、フィールドプレート電極部32Bの直下の領域に空乏層を伸長させる役割を果たす。これにより、ゲート電極24の端部近傍の電界集中を緩和して、パッシベーション層26の絶縁性の低下を抑制しつつ、電流コラプスの発生を抑制することができる。
 窒化物半導体装置10はさらに、電極層30(ソース電極32およびドレイン電極34)およびパッシベーション層26を覆う層間絶縁層42と、層間絶縁層42の上に形成された配線層44とを含む。層間絶縁層42は、例えばSiO層であってよい。あるいは、層間絶縁層42は、他の絶縁材料で形成されてもよい。配線層44は、例えば、金(Au)、Cu、またはAlなどの金属材料で形成されている。
 窒化物半導体装置10はさらに、配線層44の上に形成された保護絶縁膜46と、保護絶縁膜46の上に形成された封止樹脂48とを含む。保護絶縁膜46は、例えばSiO層およびSiN層のうちの少なくとも一方を含む。一実施形態では、保護絶縁膜46は、例えば、絶縁性、耐水性、および密着性(図1において、基板12と保護絶縁膜46との密着性)の観点から、SiO層とそのSiO層上に形成されたSiN層との両方を含み得る。封止樹脂48は、例えばエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂材料によって形成され得る。
 一般に、SiNはSiOよりも緻密性が高いため耐水性に優れる一方で、内部応力が高いため厚さが増加すると割れやすくなる。この点を考慮して、SiN層とSiO層との両方を用いて保護絶縁膜46を形成することにより、保護絶縁膜46の厚さを増加させて耐水性と絶縁性の双方を向上させることができる。また、SiOはSiNよりもSi基板との密着性に優れる。保護絶縁膜46は基板12と接する部分を含む(図1および図2を参照して後述する)。このため、基板12と接する位置にSiO層を配置することにより、基板12と保護絶縁膜46との密着性を向上させることができる。保護絶縁膜46において、SiO層の厚さは例えば550nm以上であってよく、SiN層の厚さは例えば600nm以上であってよい。
 図3に示された例示的なHEMT構造では、p型GaN層によって形成されたゲート層22がゲート電極24の直下に配置されている。この構造では、p型GaN層から下方に広がる空乏層によりゲート層22の直下の2DEG20(チャネル)が消失する。これにより、ノーマリーオフ型のHEMT構造が実現されている。
 [1-2.窒化物半導体装置の例示的な端部周辺構造]
 次に、図1および図2を参照して、窒化物半導体装置10の例示的な端部周辺構造について説明する。
 図1に示されるように、電子走行層16は、基板12の上方に露出した側壁面16Eを含む。保護絶縁膜46は、この側壁面16Eを覆うように設けられている。なお、図1の例では、電子走行層16の直下のバッファ層14も、基板12の上方に露出した側壁面14Eを含む。バッファ層14の側壁面14Eは、基板12の主面12Sと直交する方向(Z方向)において、電子走行層16の側壁面16Eと面一であってよい。保護絶縁膜46は、電子走行層16の側壁面16Eとともに、バッファ層14の側壁面14Eを覆っている。
 また、図1の例では、基板12も、電子走行層16の側壁面16Eおよびバッファ層14の側壁面14Eと面一な側壁面12E1を含む。基板12の側壁面12E1は、図2を参照して後述する段差壁の一例である。したがって、保護絶縁膜46は、電子走行層16の側壁面16Eおよびバッファ層14の側壁面14Eとともに、基板12の側壁面12E1を覆っている。
 基板12は、電子走行層16の側壁面16Eよりも外側に位置するとともに保護絶縁膜46の下端面46Sと接する基板外周部12Pを含む。図1の例では、基板外周部12Pは、保護絶縁膜46の下端面46Sと接する第1外周部12P1と、窒化物半導体装置10のチップ端部の位置(すなわち、ダイシングライン)に対応する基板12の最外周端面12E2を含む第2外周部12P2とを含み得る。
 図2に示されるように、第1外周部12P1は、保護絶縁膜46の下端面46Sと接する第1外周上面12S1を含む。第1外周上面12S1は、基板12の主面12Sよりも下方に位置している。したがって、基板12の側壁面12E1は、基板12の主面12Sと第1外周上面12S1とを段差状に接続する段差壁として設けられている。
 第2外周部12P2は、第1外周上面12S1よりも下方に位置して最外周端面12E2と第1外周上面12S1とを接続する第2外周上面12S2を含む。図2の例では、第2外周上面12S2は湾曲状である。ただし、第2外周上面12S2の形状は、必ずしも湾曲状に限定されず、直線傾斜状または段差状であってもよい。
 第2外周部12P2は、第2外周部12P2の上部領域に、この第2外周部12P2の他の領域よりも高抵抗を有する表面改質層12PLを含み得る。図2の例では、この表面改質層12PLの上面が第2外周上面12S2に対応する。表面改質層12PLは、例えばレーザー加工による改質処理によって高抵抗領域として形成されたアモルファス層であってよい。レーザー加工により形成された表面改質層12PLの上面、すなわち第2外周上面12S2は、全体としては湾曲状を有しているが、微細領域で視るとレーザー加工の痕跡による微小な段差(凹凸)を含み得る。なお、レーザー加工に代えてイオン照射を用いた改質処理によってアモルファス層が形成されてもよい。
 第1外周部12P1は、電子走行層16の側壁面16Eと平面視で一致する位置(言い換えれば、段差壁として設けられた基板12の側壁面12E1の位置)に内縁を有し、第2外周部12P2との境界位置に外縁を有している。第1外周部12P1は、電子走行層16の側壁面16Eと平面視で直交する方向において第1外周部12P1の内縁から外縁まで第1幅W1を有している。第1幅W1は、例えば20μm以上であってよい。
 第1外周部12P1において、保護絶縁膜46の下端面46Sは、第1幅W1の1/2以上の長さに亘って第1外周上面12S1と接し得る。例えば、保護絶縁膜46の下端面46Sは、第1外周上面12S1の全面を覆っていてもよい。保護絶縁膜46の下端面46Sが第1外周上面12S1を覆う面積が大きいほど、保護絶縁膜46により基板外周部12Pを覆う面積が相対的に大きくなる。これにより、基板外周部12Pを介してデバイス内部に侵入し得るサージおよび水分等の外的要因の影響を抑制する効果を高めることができる。
 第2外周部12P2は、第1外周部12P1との境界位置に内縁を有し、最外周端面12E2の位置に外縁を有している。第2外周部12P2は、最外周端面12E2と平面視で直交する方向において第2外周部12P2の内縁から外縁まで第2幅W2を有している。第2幅W2は、例えば10μm以上であってよい。
 一実施形態において、第1幅W1は、第2幅W2より大きくてもよい。この場合、保護絶縁膜46により第1外周部12P1(基板外周部12P)を覆う面積が相対的に増加する。これにより、基板外周部12Pを介してデバイス内部に侵入し得るサージおよび水分等の外的要因の影響を抑制する効果を高めることができる。
 あるいは、第2幅W2は、第1幅W1以上であってもよい。例えば、ダイシングによって個々のチップに個片化されるとき、表面改質層12PLの領域がダイシング後に減少する可能性がある。このような表面改質層12PLの減少を抑制するために第2幅W2が第1幅W1以上に設定されてもよい。
 第2外周部12P2において、第2外周上面12S2は、基板12の主面12Sと直交する深さ方向における上端と下端とを有している。第2外周上面12S2の上端は、深さ方向における第2外周部12P2の内縁の位置に対応し、第2外周上面12S2の下端は、深さ方向における第2外周部12P2の外縁の位置に対応する。一実施形態では、深さ方向における第2外周上面12S2の上端から下端までの距離H1は、例えば10μm以上であってよく、好ましくは60μm以上であってよい。あるいは、基板12の厚さに基づいて、距離H1は、例えば基板12の厚さの1/10以上に設定されてもよい。
 第2外周上面12S2の上端から下端までの距離H1が大きいほど、最外周端面12E2(すなわちチップ端部)から第1外周上面12S1までの距離が大きくなり、結果として、最外周端面12E2から電子走行層16の側壁面16Eまでの距離が大きくなる。これにより、窒化物半導体装置10の内部構造に対する外的要因の影響を抑制することができる。例えば、距離H1を大きくすることで、デバイス内部へのサージおよび水分などの侵入を抑制することに加えて、ダイシング時に基板の破片が飛散することによる内部構造への衝撃の影響を緩和することができる。
 [1-3.窒化物半導体装置の例示的な平面レイアウト]
 次に、図4を参照して、窒化物半導体装置10のHEMT構造(図3参照)の例示的な平面レイアウトについて説明する。図4は、HEMT構造の平面レイアウトとともに窒化物半導体装置10の端部周辺構造(図1及び図2参照)の概略平面図も示している。なお、図示を明瞭にするために、図4では封止樹脂48の図示を省略するとともに、HEMT構造が配置される素子領域内においては層間絶縁層42および保護絶縁膜46の図示も省略している。
 図4に示されるように、配線層44は、ゲート配線44Aと、ソース配線44Bと、ドレイン配線44Cとを含む。例えば、ゲート配線44Aは、層間絶縁層42(図3参照)を貫通するとともにゲート電極24まで延在するゲート接続導体45Aによりゲート電極24に接続されている。ソース配線44Bは、層間絶縁層42を貫通するソース接続導体45Bによりソース電極32に接続されている。ドレイン配線44Cは、層間絶縁層42を貫通するドレイン接続導体45Cによりドレイン電極34に接続されている。
 窒化物半導体装置10は、素子領域内に、HEMT構造を有する複数のトランジスタ10Tを含む。なお、図4は、X軸方向に並ぶ2つのトランジスタ10Tのみを示しているが、実際には、多数のトランジスタ10TがX軸方向およびY軸方向に並んで設けられ得る。
 電極層30は、互いに離間しつつY軸方向に延在する複数のドレイン電極34を含む。図3を参照して説明したように、各ドレイン電極34は、その直下のドレイン開口部26Bを充填するように設けられている。なお、図4は、X軸方向に並ぶ2つのドレイン電極34のみを示しているが、ドレイン電極34は、素子領域内に形成されるトランジスタ10Tの数に応じてX軸方向およびY軸方向に並んで設けられ得る。
 ソース電極32は、例えば、平面視で各ドレイン電極34を囲むように設けられている。図3を参照して説明したように、ソース電極32は、ソース開口部26Aを充填するソース電極部32Aと、ソース電極部32Aに一体的に形成されたフィールドプレート電極部32Bとを含む。フィールドプレート電極部32Bは、平面視でソース電極部32Aから隣接するドレイン電極34に向かって延在している。なお、図4の例では、ソース電極32は、X軸方向に隣接する複数のトランジスタ10Tに亘ってX軸方向に連続的に形成されているが、X軸方向に複数の部分に分離されていてもよい。
 窒化物半導体装置10は、複数のゲート層22および複数のゲート電極24を含む。なお、図4は、X軸方向に並ぶ2つのゲート層22(2つのゲート電極24)のみを示しているが、ゲート層22(ゲート電極24)は、素子領域内に形成されるトランジスタ10Tの数に応じてX軸方向およびY軸方向に並んで設けられ得る。各ゲート層22および各ゲート電極24は、平面視でドレイン電極34の一つを囲むように環状に形成されている。ただし、各ゲート層22および各ゲート電極24は完全な環状でなくてもよく、環状の一部にギャップがあってもよい。
 図4に示されるように、窒化物半導体装置10の端部周辺構造においては、電子走行層16の側壁面16Eが保護絶縁膜46により覆われているため、電子走行層16に対する外的要因の影響が抑制される。また、第1幅W1を有する第1外周上面12S1と最外周端面12E2(すなわち、チップ端部)との間に、第2幅W2を有し表面改質層12PLにより形成された第2外周上面12S2が湾曲状(図2参照)に設けられているため、電子走行層16に対する外的要因の影響がより効果的に抑制される。
 [2.例示的な製造方法]
 次に、窒化物半導体装置10の例示的な製造方法について説明する。
 図5~図21は、図1の窒化物半導体装置10の製造工程を示す概略断面図である。なお、図5~図21は、図1および図2に示される端部周辺構造の製造工程を中心に示している。理解を容易にするために、窒化物半導体装置10の最終的な構成要素を含む部材またはそれに対応する部材には、図1~図4の参照符号を括弧書きで部分的に示している。
 図5に示されるように、基板12に対応する一枚の大判の基板112が準備される。この基板112は、例えばSi基板である。この基板112上に、バッファ層14に対応する窒化物半導体層114、電子走行層16に対応する窒化物半導体層116、電子供給層18に対応する窒化物半導体層118、およびゲート層22に対応する窒化物半導体層122が順にエピタキシャル成長によって形成される。エピタキシャル成長プロセスには、例えば有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法を用いることができる。
 なお、基板112および窒化物半導体層114,116,118,122は、図1~図4を参照して説明した基板12、バッファ層14、電子走行層16、電子供給層18、およびゲート層22にそれぞれ対応する任意の材料および厚さで形成され得る。一実施形態では、窒化物半導体層116(電子走行層16)はGaN層であり、窒化物半導体層118(電子供給層18)はAlGaN層であり、窒化物半導体層122(ゲート層22)はアクセプタ型不純物としてMgがドープされたp型GaN層である。
 次いで、図6に示されるように、窒化物半導体層122上に例えばスパッタ法によってゲート電極層124が形成される。このゲート電極層124は、図1~図4のゲート電極24に対応する任意の材料および厚さで形成され得る。一実施形態では、ゲート電極層124(ゲート電極24)はTiN層である。その後、図7に示されるように、図示しないマスクを用いてゲート電極層124を選択的にエッチングすることによりゲート電極24が形成される。
 次いで、図8に示されるように、図示しないマスクを用いて窒化物半導体層122を選択的にエッチングすることによりゲート層22が形成される。なお、ゲート層22の断面形状は特に限定されず、例えば、ゲート層22は、断面矩形状、断面台形状、または断面リッジ状であってよい。
 次いで、図9に示されるように、ゲート層22とゲート電極24とを覆う誘電体層126が窒化物半導体層118(電子供給層18)上に形成される。この誘電体層126は、図1~図4のパッシベーション層26に対応する任意の材料および厚さで形成され得る。一実施形態では、誘電体層126(パッシベーション層26)は例えばSiN層である。
 次いで、図10に示されるように、素子分離工程が実施される。素子分離工程では、図示しないマスクを用いて誘電体層126および窒化物半導体層118を選択的にエッチングすることにより素子領域と素子分離領域とが形成される。図10に示す例では、誘電体層126の側壁面126Eおよび窒化物半導体層118の側壁面118Eが、素子領域と素子分離領域との境界に対応する。この境界よりも外側(図10において右側)に位置する素子分離領域に電子供給層18は存在しないため、素子分離領域の電子走行層16内に2DEG20(図3参照)は形成されない。
 次いで、図11に示されるように、誘電体層126と窒化物半導体層118の露出面とを覆うバリア膜128が例えばスパッタ法によって形成される。このバリア膜128は、図1~図3のバリア膜28に対応する任意の材料および厚さで形成され得る。一実施形態では、バリア膜128(バリア膜28)は例えばTiN膜である。
 次いで、図12に示されるように、図示しないマスクを用いてバリア膜128を選択的にエッチングすることにより、窒化物半導体層118の露出面上におけるバリア膜128の部分が除去される。なお、図12の工程では、HEMT領域(図3参照)におけるソース開口部26Aとドレイン開口部26Bの形成も同時に行われる。
 次いで、図13に示されるように、バリア膜128と窒化物半導体層118の露出面とを覆う電極層130が形成される。この電極層130は、図1~図4の電極層30に対応する任意の材料および厚さで形成され得る。一実施形態では、電極層130(電極層30)は、例えば、Ti層、TiN層、Al層、AlSiCu層、およびAlCu層のうちの少なくとも1つを含み得る。
 次いで、図14に示されるように、図示しないマスクを用いて電極層130とその直下のバリア膜128とが選択的にエッチングされる。このエッチングにより、電極層130の側壁面130Eおよびバリア膜128の側壁面128Eが、素子領域と素子分離領域との境界よりも内側に形成される。なお、図14の工程では、HEMT領域(図3参照)におけるソース電極32およびドレイン電極34の形成も同時に行われる。
 次いで、図15に示されるように、層間絶縁層142が形成される。この層間絶縁層142は、図1~図4の層間絶縁層42に対応する任意の材料および厚さで形成され得る。一実施形態では、層間絶縁層142(層間絶縁層42)は、例えばSiO層である。
 次いで、図16に示されるように、層間絶縁層142を貫通する貫通孔42Hが形成される。ここで、図16~図21に示された二点鎖線は、基板112の最終的な切断位置、すなわち、ダイシングラインDLに対応する。言い換えれば、ダイシングラインDLは、図1および図2に示された最外周端面12E2(チップ端部)の位置に対応する。
 例えば、層間絶縁層142の貫通孔42Hは、ダイシングラインDLを境に隣接する2つのチップ(窒化物半導体装置10)の基板外周部12Pを含む寸法(幅)で形成される。この貫通孔42Hが形成されることで、層間絶縁層42の側壁面42Eが露出される。なお、図16の工程では、HEMT領域(図3参照)において、ゲート電極24の上面、ソース電極32の上面、およびドレイン電極34の上面をそれぞれ部分的に露出するビアホール(図示略)の形成も行われる。
 次いで、図17に示されるように、貫通孔42H内に露出した窒化物半導体層116が図示しないマスクを用いてエッチングされる。図17の例では、このエッチングによって、窒化物半導体層116(電子走行層16)と、窒化物半導体層114(バッファ層14)と、基板112(基板12)の一部とを連続して貫通する第1トレンチTL1が形成される。この第1トレンチTL1が形成されることで、電子走行層16の側壁面16Eと、バッファ層14の側壁面14Eと、基板12の側壁面12E1(段差壁)とが基板外周部12Pの上方に露出される。
 次いで、図18に示されるように、貫通孔42H内および第1トレンチTL1内を充填しつつ層間絶縁層142を覆う配線層144が、例えばスパッタ法によって形成される。この配線層144は、図1~図4の配線層44に対応する任意の材料および厚さで形成され得る。一実施形態では、配線層144(配線層44)は、例えばAu、Cu、またはAlなどの金属材料で形成されている。なお、図18の工程では、図16の工程で形成されたビアホール(図示略)内に配線層144が充填されることにより、図4に示されるようなゲート接続導体45A、ソース接続導体45B、およびドレイン接続導体45Cが形成され得る。
 次いで、図19に示されるように、貫通孔42H内および第1トレンチTL1内に充填された配線層144を図示しないマスクを用いてエッチングすることにより、図4に示されるようなゲート配線44Aとソース配線44Bとドレイン配線44Cとを含む配線層44が形成される。
 次いで、図20に示されるように、電子走行層16の側壁面16Eを覆うとともに基板外周部12Pと接する保護絶縁膜46が形成される。一実施形態では、保護絶縁膜46は、例えばSiO層とSiN層との2層構造であり、SiO層を形成した後にSiN層が形成される。図20の例では、保護絶縁膜46は、電子走行層16の側壁面16Eに加えて、バッファ層14の側壁面14E、基板12の側壁面12E1(段差壁)、層間絶縁層42の側壁面42E、および配線層144全体を覆う。
 次いで、図21に示されるように、例えばレーザー加工によって、ダイシングラインDLを境に隣接する2つのチップ(窒化物半導体装置10)の基板外周部12P間の領域に第2トレンチTL2が形成される。この第2トレンチTL2は、例えばボウル状(断面視半円状)であり、ダイシングラインDLに対する第2トレンチTL2の半分の領域は基板外周部12Pの第2外周部12P2に対応する。
 図21の工程では、第2トレンチTL2が形成されるとき、この第2トレンチTL2の位置における基板112の表層(すなわち、第2外周部12P2の上部領域)がレーザー加工を通じてアモルファス化されることにより、表面改質層12PLが形成される。その結果、表面改質層12PLを含む第2外周部12P2が第1外周部12P1のさらに外側に形成される。
 その後、ダイシングラインDLで基板112が切断されて個々のチップ(窒化物半導体装置10)に個片化された後、各チップが封止樹脂48で封止されることにより、図1の窒化物半導体装置10の構造が得られる。
 [3.窒化物半導体装置の作用]
 次に、上述した窒化物半導体装置10の作用について説明する。
 窒化物半導体装置10は、電子走行層16の側壁面16Eを覆う保護絶縁膜46を備えており、基板12は、電子走行層16の側壁面16Eよりも外側に位置するとともに保護絶縁膜46の下端面46Sと接する基板外周部12Pを含む。この構造では、保護絶縁膜46によって、電子走行層16に対する外的要因の影響(例えば、衝撃などの物理的影響、サージなどの電気的影響、または水分などのその他の影響)が抑制される。また、保護絶縁膜46の下端面46Sが基板外周部12Pと接しているため、基板外周部12Pを介した内部構造への外的要因の影響が抑制される。
 第1実施形態の窒化物半導体装置10は、以下の利点を有する。
 (1-1)電子走行層16(第1窒化物半導体層)の側壁面16Eが保護絶縁膜46によって覆われているため、保護絶縁膜46によって、電子走行層16に対する外的要因の影響が抑制される。また、保護絶縁膜46の下端面46Sが基板外周部12Pと接しているため、基板外周部12Pを介した内部構造への外的要因の影響が抑制される。
 (1-2)基板外周部12Pは、第1外周部12P1と第2外周部12P2とを含む。第1外周部12P1は、保護絶縁膜46の下端面46Sと接する第1外周上面12S1を含む。第2外周部12P2は、第1外周上面12S1よりも下方に位置して最外周端面12E2(すなわちチップ端部)と第1外周上面12S1とを接続する第2外周上面12S2を含む。この構造では、第2外周上面12S2が第1外周上面12S1と同じ高さ位置にある場合に比べ、最外周端面12E2から第2外周上面12S2を介した第1外周上面12S1までの距離が大きくなる。その結果、最外周端面12E2から電子走行層16の側壁面16Eまでの距離が大きくなることにより、基板外周部12Pを介した内部構造への外的要因の影響がより効果的に抑制される。
 (1-3)第1外周上面12S1は、基板12の主面12Sよりも下方に位置しており、基板12は、基板12の主面12Sと第1外周上面12S1とを段差状に接続する側壁面12E1(段差壁)を含む。この構造では、最外周端面12E2から第1外周上面12S1を介した電子走行層16の側壁面16Eまでの距離が側壁面12E1の高さによって大きくなる。これにより、基板外周部12Pを介した内部構造への外的要因の影響をより効果的に抑制することができる。
 (1-4)第2外周上面12S2は湾曲状である。この構造では、第2外周上面12S2が例えば直線傾斜状の場合に比べて、最外周端面12E2から第2外周上面12S2を介した第1外周上面12S1までの距離が大きくなる。これにより、基板外周部12Pを介した内部構造への外的要因の影響をより効果的に抑制することができる。
 (1-5)第2外周部12P2は、第2外周部12P2の上部領域に第2外周部12P2の他の領域よりも高抵抗の表面改質層12PLを含む。表面改質層12PLは、例えばレーザー加工によって形成されたアモルファス層であってよい。このような表面改質層12PLを設けることにより、基板外周部12Pを介した内部構造への外的要因の影響をより効果的に抑制することができる。
 (1-6)第1外周部12P1の第1幅W1は、第2外周部12P2の第2幅W2より大きくてもよい。この場合、保護絶縁膜46により第1外周部12P1(基板外周部12P)を覆う面積が相対的に増加する。これにより、基板外周部12Pを介した内部構造への外的要因の影響をより効果的に抑制することができる。
 (1-7)第2幅W2は、第1幅W1以上であってもよい。例えば、ダイシングによって個々のチップに個片化されるとき、表面改質層12PLの領域がダイシング後に減少する可能性がある。このような表面改質層12PLの減少を抑制するために第2幅W2が第1幅W1以上に設定されてもよい。
 (1-8)保護絶縁膜46の下端面46Sは、第1幅W1の1/2以上の長さに亘って第1外周上面12S1と接し得る。保護絶縁膜46の下端面46Sが第1外周上面12S1を覆う面積が大きいほど、保護絶縁膜46により基板外周部12Pを覆う面積が相対的に大きくなる。これにより、基板外周部12Pを介した内部構造への外的要因の影響をより効果的に抑制することができる。
 (1-9)第1幅W1は例えば20μm以上であってよく、第2幅W2は例えば10μm以上であってよい。ただし、第1幅W1の値および第2幅W2の値は必ずしもこの範囲に限定されない。このような範囲内の値に第1幅W1および第2幅W2をそれぞれ設定することで、基板外周部12Pを介した内部構造への外的要因の影響を効果的に抑制することができる。
 (1-10)基板12の主面12Sと直交する深さ方向における第2外周上面12S2の上端から下端までの距離H1は、例えば10μm以上であってよく、好ましくは60μm以上であってよい。ただし、距離H1の値は必ずしもこの範囲に限定されない。あるいは、基板12の厚さに基づいて、距離H1は、例えば基板12の厚さの1/10以上に設定されてもよい。このような範囲内の値に距離H1を設定することで、最外周端面12E2から第1外周上面12S1までの第2外周上面12S2の距離を極力大きくしつつ、製造時における基板112(基板12)のハンドリング性を良好に維持することができる。
 (1-11)保護絶縁膜46は、SiO層およびSiN層のうちの少なくとも一方を含み得る。一般に、SiNはSiOよりも緻密性が高いため耐水性に優れる。したがって、保護絶縁膜46にSiN層を用いることで、絶縁性および耐水性を向上させることができる。一方、SiOはSiNよりもSi基板との密着性に優れる。したがって、保護絶縁膜46にSiO層を用いることで、保護絶縁膜46と基板12との密着性を向上させることができる。また、SiN層とSiO層との両方を用いて保護絶縁膜46を形成しつつ基板12と接する位置にSiO層を配置することにより、基板12との密着性を向上させつつ、保護絶縁膜46の厚さを増加させて耐水性と絶縁性の双方を向上させることができる。
 (1-12)窒化物半導体装置10は、保護絶縁膜46を覆う封止樹脂48をさらに含む。この構造では、保護絶縁膜46の外側にさらに封止樹脂48が設けられるため、内部構造への外的要因の影響をより効果的に抑制することができる。
 (1-13)p型GaN層によって形成されたゲート層22がゲート電極24の直下に配置されている。この構造では、p型GaN層から下方に広がる空乏層によりゲート層22の直下の2DEG20(チャネル)が消失する。これにより、ノーマリーオフ型のHEMT構造を有しつつ、内部構造への外的要因の影響を抑制する構造を有する窒化物半導体装置10が提供される。
 [変更例]
 上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、上記各実施形態および以下の各変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
 ・窒化物半導体装置10は、GaN-HEMT構造への適用に限定されず、他の窒化物半導体を用いた窒化物半導体HEMT構造に適用されてもよい。
 ・窒化物半導体装置10は、窒化物半導体HEMT構造への適用に限定されず、窒化物半導体ダイオード構造に適用されてもよい。
 ・保護絶縁膜46の材料は、SiOまたはSiNを用いることに限定されない。
 ・保護絶縁膜46の下端面46Sは、第1外周部12P1の第1幅W1の1/2未満の長さで第1外周上面12S1と接していてもよい。
 ・基板外周部12Pは、第1外周部12P1のみを含む構造でもよい。
 ・基板外周部12Pは、第2外周部12P2のみを含む構造でもよい。この場合、第2外周部12P2に保護絶縁膜46の下端面46Sが接していてもよい。
 ・第1外周上面12S1は、基板12の主面S1と同じ高さ位置に形成されてもよい。すなわち、基板12は側壁面(段差壁)を有していなくてもよい。
 ・基板外周部12Pは、例えば湾曲状の第2外周上面12S2を含む一方、表面改質層12PLを有していなくてもよい。
 ・本開示で使用される「~上に」という用語は、文脈によって明らかにそうでないことが示されない限り、「~上に」と「~の上方に」の意味を含む。したがって、「第1層が第2層上に形成される」という表現は、或る実施形態では第1層が第2層に接触して第2層上に直接配置され得るが、他の実施形態では第1層が第2層に接触することなく第2層の上方に配置され得ることが意図される。すなわち、「~上に」という用語は、第1層と第2層との間に他の層が形成される構造を排除しない。例えば、電子供給層18が電子走行層16上に形成される上記各実施形態は、2DEG20を安定して形成するために電子供給層18と電子走行層16との間に中間層が位置する構造も含む。
 ・本開示で使用されるZ軸方向は必ずしも鉛直方向である必要はなく、鉛直方向に完全に一致している必要もない。したがって、本開示による種々の構造(例えば、図1に示される構造)は、本明細書で説明されるZ軸方向の「上」および「下」が鉛直方向の「上」および「下」であることに限定されない。例えば、X軸方向が鉛直方向であってもよく、またはY軸方向が鉛直方向であってもよい。
 ・本開示で使用される「垂直」、「水平」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「前方」、「後方」、「横」、「左」、「右」、「前」、「後」等の方向を示す用語は、説明および図示された装置の特定の向きに依存する。本開示においては、様々な代替的な向きを想定することができ、したがって、これらの方向を示す用語は、狭義に解釈されるべきではない。
 [付記]
 上記各実施形態および各変更例から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、各付記に記載された構成要素に対応する実施形態の構成要素の符号を括弧書きで示す。符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
 (付記A1)
 基板(12)と、
 前記基板(12)の上方に配置されるとともに、前記基板(12)の上方に側壁面(16E)が露出した第1窒化物半導体層(16)と、
 前記第1窒化物半導体層(16)との界面付近において前記第1窒化物半導体層(16)内に二次元電子ガス(20)を発生させるべく前記第1窒化物半導体層(16)の上に配置された第2窒化物半導体層(18)と、
 前記第1窒化物半導体層(16)の前記側壁面(16E)を覆う保護絶縁膜(46)と、を備え、
 前記基板(12)は、前記第1窒化物半導体層(16)の前記側壁面(16E)よりも外側に位置するとともに前記保護絶縁膜(46)の下端面(46S)と接する基板外周部(12P)を含む、窒化物半導体装置(10)。
 (付記A2)
 前記基板外周部(12P)は、
  前記保護絶縁膜(46)の下端面(46S)と接する第1外周上面(12S1)を含む第1外周部(12P1)と、
  前記基板(12)の最外周端面(12E2)と、前記第1外周上面(12S1)よりも下方に位置して前記最外周端面(12E2)と前記第1外周上面(12S1)とを接続する第2外周上面(12S2)とを含む第2外周部(12P2)と、
を含む、付記A1に記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A3)
 前記第1外周上面(12S1)は、前記基板(12)の主面(12S)よりも下方に位置しており、
 前記基板(12)は、前記基板(12)の主面(12S)と前記第1外周上面(12S1)とを段差状に接続する段差壁(12E1)をさらに含む、付記A2に記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A4)
 前記第2外周上面(12S2)は湾曲状である、付記A2またはA3に記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A5)
 前記第2外周部(12P2)は、前記第2外周部(12P2)の上部領域に前記第2外周部(12P2)の他の領域よりも高抵抗を有する表面改質層(12PL)を含み、
 前記表面改質層(12PL)の上面が前記第2外周上面(12S2)である、付記A2~A4のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A6)
 前記表面改質層(12PL)はアモルファス層である、付記A5に記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A7)
 前記第1外周部(12P1)は、前記第1窒化物半導体層(16)の前記側壁面(16E)と平面視で一致する位置に内縁を有するとともに、前記第2外周部(12P2)との境界位置に外縁を有し、かつ、前記側壁面(16E)と平面視で直交する方向において前記第1外周部(12P1)の内縁から外縁まで第1幅(W1)を有し、
 前記第2外周部(12P2)は、前記第1外周部(12P1)との境界位置に内縁を有するとともに、前記基板(12)の前記最外周端面(12E2)の位置に外縁を有し、かつ、前記最外周端面(12E2)と平面視で直交する方向において前記第2外周部(12P2)の内縁から外縁まで第2幅(W2)を有し、
 前記第1幅(W1)は前記第2幅(W2)よりも大きい、付記A2~A6のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A8)
 前記第1外周部(12P1)は、前記第1窒化物半導体層(16)の前記側壁面(16E)と平面視で一致する位置に内縁を有するとともに、前記第2外周部(12P2)との境界位置に外縁を有し、かつ、前記側壁面(16E)と平面視で直交する方向において前記第1外周部(12P1)の内縁から外縁まで第1幅(W1)を有し、
 前記第2外周部(12P2)は、前記第1外周部(12P1)との境界位置に内縁を有するとともに、前記基板(12)の前記最外周端面(12E2)の位置に外縁を有し、かつ、前記最外周端面(12E2)と平面視で直交する方向において前記第2外周部(12P2)の内縁から外縁まで第2幅(W2)を有し、
 前記第2幅(W2)は前記第1幅(W1)以上である、付記A2~A6のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A9)
 前記保護絶縁膜(46)の下端面(46S)は、前記第1幅(W1)の1/2以上の長さに亘って前記第1外周上面(12S1)と接している、付記A7またはA8に記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A10)
 前記第2外周部(12P2)の前記第2幅(W2)は10μm以上である、付記A7~A9のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A11)
 前記第2外周上面(12S2)は、前記基板(12)の主面(12S)と直交する深さ方向における上端と下端を有し、
 前記第2外周上面(12S2)の上端は、前記深さ方向における前記第2外周部(12P2)の内縁の位置に対応するとともに、前記第2外周上面(12S2)の下端は、前記深さ方向における前記第2外周部(12P2)の外縁の位置に対応し、
 前記深さ方向における前記第2外周上面(12S2)の上端から下端までの距離(H1)は10μm以上である、付記A7~A10のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A12)
 前記第1外周部(12P1)の前記第1幅(W1)は20μm以上である、付記A7~A11のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A13)
 前記保護絶縁膜(46)は、SiO層およびSiN層のうちの少なくとも一方を含む、付記A1~A12のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A14)
 前記保護絶縁膜(46)は、前記SiO層と、前記SiO層の上に形成された前記SiN層とを含み、
 前記保護絶縁膜(46)の下端面(46S)は前記SiO層の下面である、付記A13に記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A15)
 前記SiO層は550nm以上の厚さを有し、前記SiN層は600nm以上の厚さを有する、付記A13またはA14に記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A16)
 前記保護絶縁膜(46)を覆う封止樹脂(48)をさらに備える付記A1~A15のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置(10)。
 (付記A17)
 前記第2窒化物半導体層(18)の上に配置されるとともに、アクセプタ型不純物を含む第3窒化物半導体層(22)と、
 前記第2窒化物半導体層(18)の上に配置されるとともに、前記二次元電子ガス(20)に電気的に接続されたソース電極(32)およびドレイン電極(34)と、
をさらに備える付記A1~A16のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置(10)。
 以上の説明は単に例示である。本開示の技術を説明する目的のために列挙された構成要素および方法(製造プロセス)以外に、より多くの考えられる組み合わせおよび置換が可能であることを当業者は認識し得る。本開示は、特許請求の範囲を含む本開示の範囲内に含まれるすべての代替、変形、および変更を包含することが意図される。
 10…窒化物半導体装置
 12…基板
 12S…主面
 12P…基板外周部
 12P1…第1外周部
 12S1…第1外周上面
 12P2…第2外周部
 12S2…第2外周上面
 12PL…表面改質層
 12E1…側壁面(段差壁)
 12E2…最外周端面
 16…電子走行層(第1窒化物半導体層)
 16E…側壁面
 18…電子供給層(第2窒化物半導体層)
 20…二次元電子ガス(2DEG)
 22…ゲート層(第3窒化物半導体層)
 24…ゲート電極
 32…ソース電極
 34…ドレイン電極
 46…保護絶縁膜
 46S…下端面
 48…封止樹脂
 W1…第1幅
 W2…第2幅
 H1…距離

Claims (17)

  1.  基板と、
     前記基板の上方に配置されるとともに、前記基板の上方に側壁面が露出した第1窒化物半導体層と、
     前記第1窒化物半導体層との界面付近において前記第1窒化物半導体層内に二次元電子ガスを発生させるべく前記第1窒化物半導体層の上に配置された第2窒化物半導体層と、
     前記第1窒化物半導体層の前記側壁面を覆う保護絶縁膜と、を備え、
     前記基板は、前記第1窒化物半導体層の前記側壁面よりも外側に位置するとともに前記保護絶縁膜の下端面と接する基板外周部を含む、窒化物半導体装置。
  2.  前記基板外周部は、
      前記保護絶縁膜の下端面と接する第1外周上面を含む第1外周部と、
      前記基板の最外周端面と、前記第1外周上面よりも下方に位置して前記最外周端面と前記第1外周上面とを接続する第2外周上面とを含む第2外周部と、
    を含む、請求項1に記載の窒化物半導体装置。
  3.  前記第1外周上面は、前記基板の主面よりも下方に位置しており、
     前記基板は、前記基板の主面と前記第1外周上面とを段差状に接続する段差壁をさらに含む、請求項2に記載の窒化物半導体装置。
  4.  前記第2外周上面は湾曲状である、請求項2または3に記載の窒化物半導体装置。
  5.  前記第2外周部は、前記第2外周部の上部領域に前記第2外周部の他の領域よりも高抵抗を有する表面改質層を含み、
     前記表面改質層の上面が前記第2外周上面である、請求項2~4のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
  6.  前記表面改質層はアモルファス層である、請求項5に記載の窒化物半導体装置。
  7.  前記第1外周部は、前記第1窒化物半導体層の前記側壁面と平面視で一致する位置に内縁を有するとともに、前記第2外周部との境界位置に外縁を有し、かつ、前記側壁面と平面視で直交する方向において前記第1外周部の内縁から外縁まで第1幅を有し、
     前記第2外周部は、前記第1外周部との境界位置に内縁を有するとともに、前記基板の前記最外周端面の位置に外縁を有し、かつ、前記最外周端面と平面視で直交する方向において前記第2外周部の内縁から外縁まで第2幅を有し、
     前記第1幅は前記第2幅よりも大きい、請求項2~6のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
  8.  前記第1外周部は、前記第1窒化物半導体層の前記側壁面と平面視で一致する位置に内縁を有するとともに、前記第2外周部との境界位置に外縁を有し、かつ、前記側壁面と平面視で直交する方向において前記第1外周部の内縁から外縁まで第1幅を有し、
     前記第2外周部は、前記第1外周部との境界位置に内縁を有するとともに、前記基板の前記最外周端面の位置に外縁を有し、かつ、前記最外周端面と平面視で直交する方向において前記第2外周部の内縁から外縁まで第2幅を有し、
     前記第2幅は前記第1幅以上である、請求項2~6のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
  9.  前記保護絶縁膜の下端面は、前記第1幅の1/2以上の長さに亘って前記第1外周上面と接している、請求項7または8に記載の窒化物半導体装置。
  10.  前記第2外周部の前記第2幅は10μm以上である、請求項7~9のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
  11.  前記第2外周上面は、前記基板の主面と直交する深さ方向における上端と下端を有し、
     前記第2外周上面の上端は、前記深さ方向における前記第2外周部の内縁の位置に対応するとともに、前記第2外周上面の下端は、前記深さ方向における前記第2外周部の外縁の位置に対応し、
     前記深さ方向における前記第2外周上面の上端から下端までの距離は10μm以上である、請求項7~10のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
  12.  前記第1外周部の前記第1幅は20μm以上である、請求項7~11のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
  13.  前記保護絶縁膜は、SiO層およびSiN層のうちの少なくとも一方を含む、請求項1~12のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
  14.  前記保護絶縁膜は、前記SiO層と、前記SiO層の上に形成された前記SiN層とを含み、
     前記保護絶縁膜の下端面は前記SiO層の下面である、請求項13に記載の窒化物半導体装置。
  15.  前記SiO層は550nm以上の厚さを有し、前記SiN層は600nm以上の厚さを有する、請求項13または14に記載の窒化物半導体装置。
  16.  前記保護絶縁膜を覆う封止樹脂をさらに備える請求項1~15のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
  17.  前記第2窒化物半導体層の上に配置されるとともに、アクセプタ型不純物を含む第3窒化物半導体層と、
     前記第2窒化物半導体層の上に配置されるとともに、前記二次元電子ガスに電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極と、
    をさらに備える請求項1~16のうちのいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0284725A (ja) * 1988-01-20 1990-03-26 Nippon Mining Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2009164289A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2016174054A (ja) * 2015-03-16 2016-09-29 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
JP2019009459A (ja) * 2018-09-06 2019-01-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2020061414A (ja) * 2018-10-05 2020-04-16 ローム株式会社 窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0284725A (ja) * 1988-01-20 1990-03-26 Nippon Mining Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2009164289A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2016174054A (ja) * 2015-03-16 2016-09-29 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
JP2019009459A (ja) * 2018-09-06 2019-01-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2020061414A (ja) * 2018-10-05 2020-04-16 ローム株式会社 窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法

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