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公開番号2025094478
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-25
出願番号2023210038
出願日2023-12-13
発明の名称窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H10D 30/83 20250101AFI20250618BHJP()
要約【課題】ノーマリーオフ型HEMTにおけるスイッチングの応答性を向上させる。
【解決手段】窒化物半導体装置10は、電子走行層22と、電子走行層22上に設けられた電子供給層24と、電子供給層24上に設けられ、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層28と、ゲート層28の上面28Aに接している第1ゲート電極30と、第1ゲート電極30よりも上側に位置している第2ゲート電極31と、を含む。第2ゲート電極31の密度である第2密度は、第1ゲート電極30の密度である第1密度よりも高い。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
窒化物半導体によって構成された電子走行層と、
前記電子走行層上に設けられ、窒化物半導体によって構成された電子供給層と、
前記電子供給層上に設けられ、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層と、
前記ゲート層の上面に接している第１ゲート電極と、
前記第１ゲート電極よりも上側に位置している第２ゲート電極と、を含み、
前記第２ゲート電極の密度である第２密度は、前記第１ゲート電極の密度である第１密度よりも高い、窒化物半導体装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１ゲート電極および前記第２ゲート電極は同一材料によって構成されている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第１ゲート電極の組成比と、前記第２ゲート電極の組成比とは同一である、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１ゲート電極は、前記ゲート層とショットキー接合を形成するように構成されている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第１ゲート電極および前記第２ゲート電極は、金属窒化物によって構成されている、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第１ゲート電極および前記第２ゲート電極は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＷＳｉ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＭｏＮのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記第２ゲート電極の厚さは、前記第１ゲート電極の厚さよりも厚い、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
電子走行層を構成する第１窒化物半導体層を形成することと、
前記第１窒化物半導体層の上に、電子供給層を構成する第２窒化物半導体層を形成することと、
前記第２窒化物半導体層の上に、アクセプタ型不純物を含む第３窒化物半導体層を形成することと、
不活性ガスの雰囲気中にターゲットに対して電圧を印加するスパッタリングを用いて、前記第３窒化物半導体層の上に第１ゲート電極を形成することと、
前記スパッタリングを用いて、前記第１ゲート電極の上に、第２ゲート電極を形成することと、を含み、
前記第２ゲート電極を形成する場合における前記スパッタリングにて前記不活性ガスに付与するエネルギーは、前記第１ゲート電極を形成する場合における前記スパッタリングにて前記不活性ガスに付与するエネルギーよりも大きい、窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記スパッタリングは、前記電圧として直流電圧を印加するＤＣスパッタリングであり、
前記第２ゲート電極を形成する場合における前記ＤＣスパッタリングにて印加する直流電圧は、前記第１ゲート電極を形成する場合における前記ＤＣスパッタリングにて印加する直流電圧よりも大きい、請求項８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２ゲート電極を形成する場合における前記不活性ガスの温度は、前記第１ゲート電極を形成する場合における前記不活性ガスの温度よりも大きい、請求項８または請求項９に記載の窒化物半導体装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 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（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（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］
ノーマリーオフ型ＨＥＭＴにおいて、スイッチングの応答性を向上させる技術が望まれている。
【０００６】
本開示の一態様の半導体装置は、窒化物半導体によって構成された電子走行層と、前記電子走行層上に設けられ、窒化物半導体によって構成された電子供給層と、前記電子供給層上に設けられ、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層と、前記ゲート層の上面に接している第１ゲート電極と、前記第１ゲート電極よりも上側に位置している第２ゲート電極と、を含み、前記第２ゲート電極の密度である第２密度は、前記第１ゲート電極の密度である第１密度よりも高い。
【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、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６は、図５に示す工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
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、ＤＣスパッタリング装置を示す概略図である。
図１３は、ＤＣスパッタリングのＤＣパワーと、形成されたＴｉＮ層の抵抗率との関係を示すグラフである。
【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。
（【００１１】以降は省略されています）

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