特許ウォッチ

公開番号2025112886
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007409
出願日2024-01-22
発明の名称窒化物半導体装置
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H10D 30/47 20250101AFI20250725BHJP()
要約【課題】窒化物半導体装置のゲート耐圧を高くすることと、低オン抵抗とを両立させる。
【解決手段】窒化物半導体装置10は、基板18と、電子走行層22と、電子供給層24と、ゲート層28と、ゲート電極30と、電子供給層24およびゲート層28を覆うパッシベーション層32と、ソース電極34と、ドレイン電極36と、ゲート層28上に形成されたゲート電極30とを備える。ゲート層28は、リッジ部40と、リッジ部40よりも薄い延在部42,44とを含む。窒化物半導体装置10は、パッシベーション層32上に設けられたゲート配線層61をさらに備える。ゲート配線層61は、パッシベーション層32に形成されたゲート開口部32C内に設けられたゲート接続部62を介してゲート電極30と電気的に接続されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された電子走行層と、
前記電子走行層上に形成され、前記電子走行層よりも大きいバンドギャップを有する電子供給層と、
前記電子供給層上に形成され、アクセプタ不純物を有するゲート層と、
前記ゲート層上に形成されたゲート電極と、
前記電子供給層および前記ゲート層を覆うとともに、第１方向に並ぶように配置されたソース開口部、ゲート開口部、およびドレイン開口部を含むパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に設けられたゲート配線層と、
前記ソース開口部を介して前記電子供給層に接するソース電極と、
前記ドレイン開口部を介して前記電子供給層に接するドレイン電極と、を備え、
前記ゲート層は、
前記電子供給層に接するとともに、前記ゲート層の上面を含むリッジ部と、
前記電子供給層に接するとともに、前記リッジ部から前記第１方向に延びる、前記リッジ部よりも薄い延在部と、を含み、
前記ゲート層及び前記ゲート開口部は、前記第１方向において前記ソース開口部と前記ドレイン開口部との間に位置し、
前記ゲート配線層は、前記ゲート開口部内に設けられたゲート接続部を介して前記ゲート電極と電気的に接続されている、窒化物半導体装置。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
前記リッジ部及び前記ゲート電極は、平面視で前記第１方向と直交する第２方向に延びて形成されており、
前記ゲート開口部、前記ゲート接続部、及び前記ゲート配線層は、平面視で前記ゲート電極の上面に沿って前記第２方向に延びている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート配線層および前記ゲート接続部は、同一材料により形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記ゲート配線層および前記ゲート接続部は、前記ソース電極および前記ドレイン電極と同一材料により形成されている、請求項３に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記ゲート電極の厚さは、前記ゲート配線層の厚さよりも薄い、請求項１～４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記ゲート電極の厚さと前記ゲート配線層の厚さとを合わせた厚さは、１００ｎｍ以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記ゲート配線層の厚さは、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、
前記ゲート電極の厚さは、３０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である、請求項６に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記ゲート電極の厚さは、前記リッジ部の厚さよりも薄い、請求項１～４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記延在部の厚さは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記ゲート電極の厚さは、３０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記ゲート電極の第１方向長さは、前記ゲート層の前記リッジ部の上面の第１方向長さよりも短く、
前記第１方向において、前記ゲート電極の両端部は、前記リッジ部の上面の両端部よりも内側に位置している、請求項１～４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
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（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）の製品化が進んでいる。ＨＥＭＴは、半導体ヘテロ接合の界面付近に形成された二次元電子ガス（2-dimensional electron gas：２ＤＥＧ）を導電経路（チャネル）として使用する。ＨＥＭＴを利用したパワーデバイスは、典型的なシリコン（Ｓｉ）パワーデバイスと比較して低オン抵抗および高周波動作を可能にしたデバイスとして認知されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の窒化物半導体装置は、シリコン基板と、窒化ガリウム（ＧａＮ）層によって構成された電子走行層と、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層によって構成された電子供給層とを含む。電子走行層中、電子走行層と電子供給層とのヘテロ接合の界面付近において、２ＤＥＧが形成される。また、特許文献１の窒化物半導体装置では、アクセプタ型不純物がドーピングされたＧａＮ層（ｐ型ＧａＮ層）が、電子供給層上であってゲート電極の直下の位置に設けられている。この構成では、ｐ型ＧａＮ層が、その直下の領域において電子走行層と電子供給層との間のヘテロ接合界面付近における伝導帯のエネルギーレベルを引き上げるので、ｐ型ＧａＮ層の直下のチャネルを消失させることができる。これにより、窒化物半導体装置のノーマリーオフ動作が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－７３５０６号公報
【０００５】
［概要］
特許文献１に記載されるようなＨＥＭＴにおいて、より確実なノーマリーオフ動作を達成するためには、ゲート耐圧を高くすることが望ましい。しかしながら、ＨＥＭＴのゲート耐圧を高くすることと、低オン抵抗とを両立させることは難しい。
【０００６】
本開示の一態様の半導体装置は、基板と、前記基板の上方に形成された電子走行層と、前記電子走行層上に形成され、前記電子走行層よりも大きいバンドギャップを有する電子供給層と、前記電子供給層上に形成され、アクセプタ不純物を有するゲート層と、前記ゲート層上に形成されたゲート電極と、前記電子供給層および前記ゲート層を覆うとともに、第１方向に並ぶように配置されたソース開口部、ゲート開口部、およびドレイン開口部を含むパッシベーション層と、前記パッシベーション層上に設けられたゲート配線層と、前記ソース開口部を介して前記電子供給層に接するソース電極と、前記ドレイン開口部を介して前記電子供給層に接するドレイン電極と、を備え、前記ゲート層は、前記電子供給層に接するとともに、前記ゲート層の上面を含むリッジ部と、前記電子供給層に接するとともに、前記リッジ部から前記第１方向に延びる、前記リッジ部よりも薄い延在部と、を含み、前記ゲート層及び前記ゲート開口部は、前記第１方向において前記ソース開口部と前記ドレイン開口部との間に位置し、前記ゲート配線層は、前記ゲート開口部内に設けられたゲート接続部を介して前記ゲート電極と電気的に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、一実施形態に係る例示的な窒化物半導体装置の概略平面図である。
図２は、図１に示す窒化物半導体装置の拡大平面図である。
図３は、図２のＦ３－Ｆ３線に沿った窒化物半導体装置の概略断面図である。
図４は、図３の窒化物半導体装置の一部分を示す概略拡大断面図である。
図５は、図４の窒化物半導体装置の一部分を示す概略拡大断面図である。
図６は、窒化物半導体装置の例示的な製造工程を説明するための概略断面図である。
図７は、図６に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図８は、図７に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図９は、図８に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１０は、図９に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１１は、図１０に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１２は、図１１に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１３は、図１２に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１４は、図１３に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１５は、図１４に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１６は、図１５に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１７は、変更例の窒化物半導体装置の概略断面図である。
【０００８】
［詳細な説明］
以下、添付図面を参照して本開示の窒化物半導体装置の実施形態を説明する。なお、図示および説明を簡潔かつ明瞭にするために、図面に示される構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、図示を簡潔かつ明瞭にするために、断面図では、ハッチング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。
【０００９】
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。
【００１０】
［窒化物半導体装置の概略構造］
図１～図５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について説明する。本実施形態では、窒化物半導体装置１０は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が形成された半導体チップとして構成されていてよい。図１は、一実施形態に係る例示的な窒化物半導体装置１０の概略平面図である。図２は、窒化物半導体装置１０の拡大平面図である。図３は、図２のＦ３－Ｆ３線に沿った窒化物半導体装置１０の概略断面図である。図４は、図３の一部を拡大した図である。図５は、図４の一部を拡大した図である。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許