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公開番号2025133305
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-11
出願番号2024031176
出願日2024-03-01
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 20250101AFI20250904BHJP()
要約【課題】セルフターンオンを抑制する窒化物半導体装置を提供すること。
【解決手段】窒化物半導体装置10は、第1トランジスタ10T1と第2トランジスタ10T2とを含む。第1トランジスタ10T1の第1ゲート電極24G1は、第2トランジスタ10T2の第2ドレイン電極30D2に電気的に接続されている。第1トランジスタ10T1の第1ソース電極28S1は、第2トランジスタ10T2の第2ゲート電極24G2と第2ソース電極28S2とに電気的に接続されている。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層上に位置し、前記第１窒化物半導体層よりも大きなバンドギャップを有する第２窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層上に位置し、アクセプタ型不純物を含む第３窒化物半導体層であって、
第１トランジスタ領域に位置する第１ゲート層と、
第２トランジスタ領域に位置する第２ゲート層と、
を含む前記第３窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層に接して前記第１トランジスタ領域に位置する第１ソース電極および第１ドレイン電極と、
前記第１ゲート層上に位置する第１ゲート電極と、
前記第２窒化物半導体層に接して前記第２トランジスタ領域に位置する第２ソース電極および第２ドレイン電極と、
前記第２ゲート層上に位置する第２ゲート電極と、
を備え、
前記第１トランジスタ領域の前記第１窒化物半導体層、前記第１トランジスタ領域の前記第２窒化物半導体層、前記第１ゲート層、前記第１ソース電極、前記第１ドレイン電極、および前記第１ゲート電極は、第１トランジスタを構成し、
前記第２トランジスタ領域の前記第１窒化物半導体層、前記第２トランジスタ領域の前記第２窒化物半導体層、前記第２ゲート層、前記第２ソース電極、前記第２ドレイン電極、および前記第２ゲート電極は、第２トランジスタを構成し、
前記第１ゲート電極は前記第２ドレイン電極に電気的に接続されており、
前記第１ソース電極は前記第２ゲート電極と前記第２ソース電極とに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 2,200 文字）【請求項２】
前記第２トランジスタ領域は、前記第１トランジスタ領域よりも小さな面積を有する、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第１ソース電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第１ソースコンタクト部を含み、前記第１ドレイン電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第１ドレインコンタクト部を含み、
前記第２ソース電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第２ソースコンタクト部を含み、前記第２ドレイン電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第２ドレインコンタクト部を含み、
前記第１ゲート電極は、前記第１ソースコンタクト部と前記第１ドレインコンタクト部との間に位置するとともに、前記第１ドレインコンタクト部は、前記第１ゲート電極から第１距離で離間しており、
前記第２ゲート電極は、前記第２ソースコンタクト部と前記第２ドレインコンタクト部との間に位置するとともに、前記第２ドレインコンタクト部は、前記第２ゲート電極から第２距離で離間しており、
前記第２距離は、前記第１距離よりも短い、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１トランジスタは０．５Ω以下の寄生ゲート抵抗を有する、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第１ソース電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第１ソースコンタクト部を含み、前記第１ドレイン電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第１ドレインコンタクト部を含み、
前記第１ゲート層は、
第１本体領域と、
前記第１本体領域から前記第１ソースコンタクト部に向かって延在する第１ソース側延在領域と、
前記第１本体領域から前記第１ドレインコンタクト部に向かって延在する第１ドレイン側延在領域と、を含み、
前記第１ソース側延在領域および前記第１ドレイン側延在領域の各々の厚さは、前記第１本体領域の厚さよりも小さい、
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第２ソース電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第２ソースコンタクト部を含み、前記第２ドレイン電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第２ドレインコンタクト部を含み、
前記第２ゲート層は、
第２本体領域と、
前記第２本体領域から前記第２ソースコンタクト部に向かって延在する第２ソース側延在領域と、
前記第２本体領域から前記第２ドレインコンタクト部に向かって延在する第２ドレイン側延在領域と、を含み、
前記第２ソース側延在領域および前記第２ドレイン側延在領域の各々の厚さは、前記第２本体領域の厚さよりも小さい、請求項１または５に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記第１ソース電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第１ソースコンタクト部を含み、前記第１ドレイン電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第１ドレインコンタクト部を含み、
前記第２ソース電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第２ソースコンタクト部を含み、前記第２ドレイン電極は、前記第２窒化物半導体層に接する第２ドレインコンタクト部を含み、
前記第１ゲート層は、
第１本体領域と、
前記第１本体領域から前記第１ソースコンタクト部に向かって延在する第１ソース側延在領域と、
前記第１本体領域から前記第１ドレインコンタクト部に向かって延在する第１ドレイン側延在領域と、を含み、
前記第１ソース側延在領域および前記第１ドレイン側延在領域の各々の厚さは、前記第１本体領域の厚さよりも小さく、
前記第２ゲート層は、
第２本体領域と、
前記第２本体領域から前記第２ソースコンタクト部に向かって延在する第２ソース側延在領域と、
前記第２本体領域から前記第２ドレインコンタクト部に向かって延在する第２ドレイン側延在領域と、を含み、
前記第２ソース側延在領域および前記第２ドレイン側延在領域の各々の厚さは、前記第２本体領域の厚さよりも小さく、
前記第１ドレイン側延在領域は、前記第１本体領域から第１長さで延在しており、
前記第２ドレイン側延在領域は、前記第２本体領域から第２長さで延在しており、
前記第２長さは前記第１長さよりも大きい、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記第１ゲート電極に電気的に接続された第１ゲート配線と、
前記第１ソース電極に電気的に接続された第１ソース配線と、
前記第１ドレイン電極に電気的に接続された第１ドレイン配線と、
前記第１ゲート配線に接続されたゲート配線パッドと、
をさらに備え、
前記第２トランジスタ領域は、前記ゲート配線パッドに隣接した位置に配置されている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記第２ゲート電極に電気的に接続された第２ゲート配線と、
前記第２ソース電極に電気的に接続された第２ソース配線と、
前記第２ドレイン電極に電気的に接続された第２ドレイン配線と、
前記第１ソース配線と前記第２ゲート配線との間に接続されたケルビンソース配線パッドと、
をさらに備える請求項８に記載の窒化物半導体装置。

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（例えば、特許文献１参照）。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速・高周波動作可能なデバイスとして認知されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１１－１６５７４９号公報
【０００４】
［概要］
ＨＥＭＴのゲート閾値は相対的に低い（例えば、１．５Ｖ程度である）ことから、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等のブリッジ回路で使用される場合にセルフターンオンが発生し得る。
【０００５】
本開示の一態様による窒化物半導体装置は、第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層上に位置し、前記第１窒化物半導体層よりも大きなバンドギャップを有する第２窒化物半導体層と、前記第２窒化物半導体層上に位置し、アクセプタ型不純物を含む第３窒化物半導体層とを含む。前記第３窒化物半導体層は、第１トランジスタ領域に位置する第１ゲート層と、第２トランジスタ領域に位置する第２ゲート層とを含む。前記窒化物半導体装置はさらに、前記第２窒化物半導体層に接して前記第１トランジスタ領域に位置する第１ソース電極および第１ドレイン電極と、前記第１ゲート層上に位置する第１ゲート電極と、前記第２窒化物半導体層に接して前記第２トランジスタ領域に位置する第２ソース電極および第２ドレイン電極と、前記第２ゲート層上に位置する第２ゲート電極とを含む。前記第１トランジスタ領域の前記第１窒化物半導体層、前記第１トランジスタ領域の前記第２窒化物半導体層、前記第１ゲート層、前記第１ソース電極、前記第１ドレイン電極、および前記第１ゲート電極は、第１トランジスタを構成する。前記第２トランジスタ領域の前記第１窒化物半導体層、前記第２トランジスタ領域の前記第２窒化物半導体層、前記第２ゲート層、前記第２ソース電極、前記第２ドレイン電極、および前記第２ゲート電極は、第２トランジスタを構成する。前記第１ゲート電極は前記第２ドレイン電極に電気的に接続されており、前記第１ソース電極は前記第２ゲート電極と前記第２ソース電極とに電気的に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、第１実施形態に係る例示的な窒化物半導体装置における第１トランジスタおよび第２トランジスタの概略断面図である。
図２は、図１に示された第１トランジスタの部分拡大断面図である。
図３は、図１に示された第２トランジスタの部分拡大断面図である。
図４は、図１に示された窒化物半導体装置の例示的な平面レイアウトを示す概略平面図である。
図５は、図４に示された第１トランジスタの部分拡大平面図である。
図６は、図４に示された第２トランジスタの部分拡大平面図である。
図７は、図４に示された配線層の配線パターンに加えて電極層の一部を示す概略平面図である。
図８は、第２トランジスタを含まず、第１トランジスタのみを含む典型的な窒化物半導体装置の回路構造を充電電流経路とともに示す概略回路図である。
図９は、ＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる典型的なブリッジ回路の構成を電流経路とともに示す概略回路図である。
図１０は、第１トランジスタと第２トランジスタとの双方を含む第１実施形態の窒化物半導体装置の回路構造を充電電流経路とともに示す概略回路図である。
図１１は、第２実施形態に係る例示的な窒化物半導体装置における第１トランジスタおよび第２トランジスタの概略断面図である。
図１２は、図１１に示された第１トランジスタの部分拡大断面図である。
図１３は、図１１に示された第２トランジスタの部分拡大断面図である。
図１４は、変形例に係る窒化物半導体装置の平面レイアウトを示す概略平面図である。
図１５は、図１４に示された第２トランジスタの部分拡大平面図である。
図１６は、図１４に示された配線パターンを示す概略平面図である。
【０００７】
［詳細な説明］
以下、添付図面を参照して、本開示における窒化物半導体装置のいくつかの実施形態を説明する。なお、説明を簡単かつ明確にするために、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、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。
【０００８】
本開示で使用される「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、単に対象物を区別するために用いられており、対象物を順位づけするものではない。例えば、「第１」要素が「第１」サブ要素を含み、「第２」要素が「第２」サブ要素を含む構造について、特許請求の範囲の特定の請求項では第１要素の第１サブ要素に言及することなく第２要素の第２サブ要素に言及する場合があり得る。
【０００９】
また、本開示で使用される「少なくとも１つ」という表現は、所望の複数の選択肢のうちの１つ以上を意味する。一例として、選択肢の数が２つであれば、「少なくとも１つ」の表現は、１つの選択肢のみまたは２つの選択肢の双方を意味する。他の例として、選択肢の数が３つ以上であれば、「少なくとも１つ」の表現は、１つの選択肢のみまたは２つ以上の任意の選択肢の組み合わせを意味する。
【００１０】
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ていない。
（【００１１】以降は省略されています）

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