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公開番号2024092641
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-08
出願番号2022208726
出願日2022-12-26
発明の名称半導体装置、半導体装置の製造方法及び電子装置
出願人富士通株式会社
代理人弁理士法人扶桑国際特許事務所
主分類H01L 21/338 20060101AFI20240701BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高出力且つ高耐圧の半導体装置を実現する。
【解決手段】半導体装置100Aは、InとGaとAsとを含有するチャネル層22と、それと積層されInとAlとAsとを含有する電子供給層23とを含む半導体層20を有する。半導体層20の面20a側に、ソース電極30及びドレイン電極40が設けられ、それらの間にゲート電極50が設けられる。半導体層20の面20a側であって、ゲート電極50のソース電極30側には、酸素空孔を有する酸化アルミニウムAl_xO_y(y/x<3/2)を含み、正電荷を帯びた絶縁膜60が設けられる。絶縁膜60の一部は、ゲート絶縁膜として機能し得る。絶縁膜60により、チャネル層22の2DEG80の密度は、ゲート電極50に対してソース電極30側の方がドレイン電極40側よりも相対的に高くなる。これにより、高出力且つ高耐圧の半導体装置100Aを実現する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
インジウムとガリウムとヒ素とを含有する第１層と、前記第１層と積層され、インジウムとアルミニウムとヒ素とを含有する第２層と、を含む半導体層と、
前記半導体層の第１面側に設けられるソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体層の前記第１面側であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられるゲート電極と、
前記半導体層の前記第１面側であって、前記ゲート電極の前記ソース電極側に設けられ、酸素空孔を有する酸化アルミニウムを含む第１絶縁膜と、
を有する半導体装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１絶縁膜と連続し、前記半導体層の前記第１面と、前記第１面に面する前記ゲート電極の端面との間に設けられ、酸化アルミニウムを含む第２絶縁膜を更に有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２絶縁膜の前記ドレイン電極側の端は、前記ゲート電極の前記端面における前記ドレイン電極側の端よりも、前記ソース電極側に位置する、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２絶縁膜に含まれる酸化アルミニウムの、アルミニウムに対する酸素の組成比は、前記第１絶縁膜に含まれる酸化アルミニウムの、アルミニウムに対する酸素の組成比よりも大きい、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２絶縁膜の前記ドレイン電極側の側面は、前記ドレイン電極側に向かって前記第２絶縁膜の膜厚が小さくなるように傾斜する、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２絶縁膜と連続し、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側に設けられ、酸化アルミニウムを含む第３絶縁膜を更に有する、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体層の前記第１面側に設けられ、前記ゲート電極の前記ソース電極側に設けられる前記第１絶縁膜と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側とを覆い、窒化シリコンを含む第４絶縁膜を更に有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体層は、前記第１面側に、リセスと、前記リセスを挟んで対向する第１メサ及び第２メサと、を含む第３層を更に有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極はそれぞれ、前記第１メサ及び前記第２メサに設けられ、
前記ゲート電極は、前記リセスに、前記第１メサ及び前記第２メサから分離されて設けられる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
インジウムとガリウムとヒ素とを含有する第１層と、前記第１層と積層され、インジウムとアルミニウムとヒ素とを含有する第２層と、を含む半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の第１面側に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記半導体層の前記第１面側であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、ゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層の前記第１面側であって、前記ゲート電極の前記ソース電極側に設けられ、酸素空孔を有する酸化アルミニウムを含む第１絶縁膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
インジウムとガリウムとヒ素とを含有する第１層と、前記第１層と積層され、インジウムとアルミニウムとヒ素とを含有する第２層と、を含む半導体層と、
前記半導体層の第１面側に設けられるソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体層の前記第１面側であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられるゲート電極と、
前記半導体層の前記第１面側であって、前記ゲート電極の前記ソース電極側に設けられ、酸素空孔を有する酸化アルミニウムを含む第１絶縁膜と、
を有する半導体装置を備える電子装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法及び電子装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体装置の一例として、窒化ガリウム系の窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor；ＨＥＭＴ）が知られている。このようなＨＥＭＴに関し、例えば、窒化物半導体を用いた半導体積層構造上にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を設け、ゲート電極とソース電極との間に正に帯電した絶縁膜を設け、ゲート電極とドレイン電極との間に共有結合性の絶縁膜を設ける技術が知られている。正に帯電した絶縁膜として、アルミニウムリッチの酸化アルミニウム等を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１９２４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、半導体装置の一例として、インジウムとガリウムとヒ素とを含有する化合物半導体の層をチャネル層として用い、インジウムとアルミニウムとヒ素とを含有する化合物半導体の層を電子供給層として用いるＨＥＭＴが知られている。このＨＥＭＴでは、電子供給層が積層されるチャネル層に、二次元電子ガス（Tow Dimensional Electron Gas；２ＧＥＧ）が生成される。このような化合物半導体を用いたＨＥＭＴにおいて、その高出力化のために、ソース－ドレイン間のチャネル層に生成される２ＤＥＧを全体的に高密度化して大電流化を図ると、ドレイン側に比較的強い電界が生じ、耐圧が低下してしまうことが起こり得る。
【０００５】
１つの側面では、本発明は、高出力且つ高耐圧の半導体装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、インジウムとガリウムとヒ素とを含有する第１層と、前記第１層と積層され、インジウムとアルミニウムとヒ素とを含有する第２層と、を含む半導体層と、前記半導体層の第１面側に設けられるソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層の前記第１面側であって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられるゲート電極と、前記半導体層の前記第１面側であって、前記ゲート電極の前記ソース電極側に設けられ、酸素空孔を有する酸化アルミニウムを含む第１絶縁膜と、を有する半導体装置が提供される。
【０００７】
また、別の態様では、上記のような半導体装置の製造方法、上記のような半導体装置を備える電子装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
１つの側面では、高出力且つ高耐圧の半導体装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。
第１実施形態に係る半導体装置の別例について説明する図である。
第２実施形態の第１構成例に係る半導体装置について説明する図である。
第２実施形態の第１構成例に係る半導体装置の製造方法について説明する図（その１）である。
第２実施形態の第１構成例に係る半導体装置の製造方法について説明する図（その２）である。
第２実施形態の第１構成例に係る半導体装置の製造方法について説明する図（その３）である。
第２実施形態の第２構成例に係る半導体装置について説明する図である。
第２実施形態の第２構成例に係る半導体装置の製造方法について説明する図である。
第２実施形態の第２構成例に係る半導体装置の製造方法について更に説明する図である。
第２実施形態の第２構成例に係る半導体装置について更に説明する図である。
第２実施形態の第２構成例に係る半導体装置の変形例について説明する図である。
第２実施形態の第２構成例に係る半導体装置の別の変形例について説明する図である。
第２実施形態の第３構成例に係る半導体装置について説明する図である。
第２実施形態の第３構成例に係る半導体装置の製造方法について説明する図である。
特性評価に用いた半導体装置について説明する図である。
半導体装置の電流－電圧特性について説明する図（その１）である。
半導体装置の電流－電圧特性について説明する図（その２）である。
半導体装置の電流－電圧特性について説明する図（その３）である。
半導体装置の電流－電圧特性について説明する図（その４）である。
半導体装置の耐圧について説明する図である。
半導体装置における絶縁膜端のドレイン側ゲート端からの距離と耐圧との関係について説明する図である。
第４実施形態の第１構成例に係る半導体装置について説明する図である。
第４実施形態の第２構成例に係る半導体装置について説明する図である。
第５実施形態に係る半導体パッケージの一例について説明する図である。
第６実施形態に係る力率改善回路の一例について説明する図である。
第７実施形態に係る電源装置の一例について説明する図である。
第８実施形態に係る増幅器の一例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図１には、半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。
（【００１１】以降は省略されています）

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