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公開番号2024121822
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-06
出願番号2024026884
出願日2024-02-26
発明の名称半導体装置
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 21/338 20060101AFI20240830BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電気的特性を向上できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、上面が窒素極性を有するバリア層と、上面が窒素極性を有し、前記バリア層の上のチャネル層と、前記チャネル層の上の窒化珪素膜と、前記窒化珪素膜の上の誘電体膜と、前記誘電体膜の上のゲート電極と、を有し、前記誘電体膜の比誘電率は、前記窒化珪素膜の比誘電率よりも高い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
上面が窒素極性を有するバリア層と、
上面が窒素極性を有し、前記バリア層の上のチャネル層と、
前記チャネル層の上の窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上の誘電体膜と、
前記誘電体膜の上のゲート電極と、
を有し、
前記誘電体膜の比誘電率は、前記窒化珪素膜の比誘電率よりも高い、半導体装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記窒化珪素膜の厚さは１ｎｍ以上である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
厚さ方向において、前記誘電体膜の第１容量は、前記窒化珪素膜の第２容量以下である、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
厚さ方向において、前記バリア層の上面と前記窒化珪素膜の下面との間の第３容量は、前記窒化珪素膜の第２容量以下である、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
厚さ方向において、前記バリア層の上面と前記窒化珪素膜の下面との間の第３容量は、前記誘電体膜の第１容量以下である、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記チャネル層と前記窒化珪素膜との間の第３窒化物半導体を含むキャップ層を有する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記誘電体膜は、ハフニウム、ランタンおよびジルコニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含む、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記窒化珪素膜の厚さは１０ｎｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項９】
少なくとも前記チャネル層に第１凹部および第２凹部が形成され、
前記チャネル層よりも電気抵抗が低い前記第１凹部内の第１窒化物半導体層と、
前記チャネル層よりも電気抵抗が低い前記第２凹部内の第２窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層にオーミック接触するソース電極と、
前記第２窒化物半導体層にオーミック接触するドレイン電極と、
を有する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１０】
上面が窒素極性を有するバリア層と、
上面が窒素極性を有し、前記バリア層の上のチャネル層と、
前記チャネル層の上の窒化珪素膜と、
前記窒化珪素膜の上の誘電体膜と、
前記誘電体膜の上のゲート電極と、
を有し、
前記チャネル層および前記バリア層に、第１凹部および第２凹部が形成され、
前記チャネル層よりも電気抵抗が低い前記第１凹部内の第１窒化物半導体層と、
前記チャネル層よりも電気抵抗が低い前記第２凹部内の第２窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層にオーミック接触するソース電極と、
前記第２窒化物半導体層にオーミック接触するドレイン電極と、
を有し、
前記誘電体膜の比誘電率は、前記窒化珪素膜の比誘電率よりも高く、
前記誘電体膜は、ハフニウム、ランタンおよびジルコニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、
前記窒化珪素膜の厚さは１ｎｍ以上であり、
厚さ方向において、
前記誘電体膜の第１容量は、前記窒化珪素膜の第２容量以下であり、
前記バリア層の上面と前記窒化珪素膜の下面との間の第３容量は、前記第２容量以下であり、
前記第３容量は、前記第１容量以下である、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
バリア層の上にチャネル層が形成された構造を有する高電子移動度トランジスタ（ｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＥＭＴ）が提案されている。また、ドレイン電流の向上のために、ゲート絶縁膜に、窒化珪素（ＳｉＮ）よりも比誘電率が高い誘電率膜（以下、高誘電率膜ということがある。）が用いられたトランジスタも提案されている。高誘電率膜は、堆積と堆積後の熱処理により形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００７－３２９４８３号公報
特表２０１０－５１０６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バリア層の上にチャネル層が形成された構造を有するＨＥＭＴのゲート絶縁膜に高誘電率膜が用いられても、更なる電気的特性の向上が困難である。
【０００５】
本開示は、電気的特性を向上できる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の半導体装置は、上面が窒素極性を有するバリア層と、上面が窒素極性を有し、前記バリア層の上のチャネル層と、前記チャネル層の上の窒化珪素膜と、前記窒化珪素膜の上の誘電体膜と、前記誘電体膜の上のゲート電極と、を有し、前記誘電体膜の比誘電率は、前記窒化珪素膜の比誘電率よりも高い。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、電気的特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図２は、ＳｉＮ膜および誘電体膜の厚さの好ましい範囲の一例を示す図である。
図３は、ＳｉＮ膜の厚さと総容量への寄与率との関係を示す図である。
図４は、誘電体膜の厚さと総容量への寄与率との関係を示す図である。
図５は、Ｇａ原子の信号強度の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
【００１０】
〔１〕本開示の一態様に係る半導体装置は、上面が窒素極性を有するバリア層と、上面が窒素極性を有し、前記バリア層の上のチャネル層と、前記チャネル層の上の窒化珪素膜と、前記窒化珪素膜の上の誘電体膜と、前記誘電体膜の上のゲート電極と、を有し、前記誘電体膜の比誘電率は、前記窒化珪素膜の比誘電率よりも高い。
（【００１１】以降は省略されています）

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