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公開番号2025174145
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-28
出願番号2024080248
出願日2024-05-16
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 30/47 20250101AFI20251120BHJP()
要約【課題】オン抵抗のステップ厚依存性を小さくしたステップ構造のゲート層を含む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、電子走行層16、電子供給層18、ゲート層22、ゲート電極24、ソース電極28、およびドレイン電極30を含む。ゲート層22は、本体部40、ソース側延在部42S、およびドレイン側延在部42Dを含む。本体部40は、アンドープのまたは第1アクセプタ濃度のアクセプタ型不純物を含む下部層44と、第1アクセプタ濃度よりも高い第2アクセプタ濃度のアクセプタ型不純物を含む中間層46と、ゲート電極24が位置し、アンドープのまたは第2アクセプタ濃度よりも低い第3アクセプタ濃度のアクセプタ型不純物を含む上部層48とを含む。ソース側延在部42Sおよびドレイン側延在部42Dは、アンドープであるかまたは第2アクセプタ濃度よりも低い第4アクセプタ濃度のアクセプタ型不純物を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電子走行層と、
前記電子走行層上に位置し、前記電子走行層よりも大きな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位置し、アクセプタ型不純物を含むゲート層と、
前記ゲート層上に位置するゲート電極と、
前記電子供給層に接するソースコンタクト部を含むソース電極と、
前記電子供給層に接するドレインコンタクト部を含むドレイン電極と、を備え、
前記ゲート層は、
本体部と、
前記本体部からソースコンタクト部に向かって延在するソース側延在部と、
前記本体部からドレインコンタクト部に向かって延在するドレイン側延在部と、を含み、
前記本体部は、
アンドープのまたは第１アクセプタ濃度で前記アクセプタ型不純物を含む下部層と、
前記第１アクセプタ濃度よりも高い第２アクセプタ濃度で前記アクセプタ型不純物を含む中間層と、
前記ゲート電極が位置し、アンドープのまたは前記第２アクセプタ濃度よりも低い第３アクセプタ濃度で前記アクセプタ型不純物を含む上部層と、を含み、
前記ソース側延在部および前記ドレイン側延在部は、アンドープであるかまたは前記第２アクセプタ濃度よりも低い第４アクセプタ濃度で前記アクセプタ型不純物を含む、窒化物半導体装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記ソース側延在部、前記ドレイン側延在部、および前記下部層がアンドープ層である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記上部層がアンドープ層である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１アクセプタ濃度、前記第２アクセプタ濃度、および前記第３アクセプタ濃度はそれぞれ、前記本体部の厚さ方向における前記下部層、前記中間層、および前記上部層の中間位置かもしくはそれよりも下方で測定された濃度であり、
前記第４アクセプタ濃度は、前記厚さ方向における前記ソース側延在部および前記ドレイン側延在部の中間位置かもしくはそれよりも下方で測定された濃度である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第１アクセプタ濃度、前記第２アクセプタ濃度、および前記第３アクセプタ濃度はそれぞれ、前記下部層、前記中間層、および前記上部層の底部で測定された濃度であり、
前記第４アクセプタ濃度は、前記ソース側延在部および前記ドレイン側延在部の底部で測定された濃度である、請求項４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第１アクセプタ濃度、前記第２アクセプタ濃度、および前記第３アクセプタ濃度はそれぞれ、前記下部層の平均アクセプタ濃度、前記中間層の平均アクセプタ濃度、および前記上部層の平均アクセプタ濃度であり、
前記第４アクセプタ濃度は、前記ソース側延在部および前記ドレイン側延在部の各々の平均アクセプタ濃度である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記本体部は、前記下部層と前記中間層との間に位置し、ゼロまたは前記第１アクセプタ濃度から前記第２アクセプタ濃度に向かってアクセプタ濃度が増加する下部中間層を含む、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記本体部は、前記中間層と前記上部層との間に位置し、前記第２アクセプタ濃度からゼロまたは前記第３アクセプタ濃度に向かってアクセプタ濃度が減少する上部中間層を含む、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記本体部は、
前記下部層と前記中間層との間に位置し、ゼロまたは前記第１アクセプタ濃度から前記第２アクセプタ濃度に向かってアクセプタ濃度が増加する下部中間層と、
前記中間層と前記上部層との間に位置し、前記第２アクセプタ濃度からゼロまたは前記第３アクセプタ濃度に向かってアクセプタ濃度が減少する上部中間層と、を含み、
前記上部中間層は、前記下部中間層とは異なる厚さを有する、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記第２アクセプタ濃度が２．０×１０
１７
ｃｍ
－３
以上である、請求項１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 2,600 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。近年、例えばゲート耐圧向上の観点から、ＨＥＭＴのゲート層にステップ構造を採用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－７３５０６号公報
【０００４】
［概要］
ステップ構造を有するゲート層では、ゲート層の横方向に延びる延在部（ステップ）の厚さに依存してオン抵抗が大きく増加し得る。したがって、オン抵抗のステップ厚依存性を小さくしたステップ構造を実現する上で未だ改善の余地がある。
【０００５】
本開示の一態様による窒化物半導体装置は、電子走行層、電子供給層、ゲート層、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を備える。前記電子供給層は、前記電子走行層上に位置しており、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有する。前記ゲート層は、前記電子供給層上に位置しており、アクセプタ型不純物を含む。前記ゲート電極は、前記ゲート層上に位置している。前記ソース電極は、前記電子供給層に接するソースコンタクト部を含む。前記ドレイン電極は、前記電子供給層に接するドレインコンタクト部を含む。前記ゲート層は、本体部と、前記本体部からソースコンタクト部に向かって延在するソース側延在部と、前記本体部からドレインコンタクト部に向かって延在するドレイン側延在部とを含む。前記本体部は、アンドープであるかまたは第１アクセプタ濃度で前記アクセプタ型不純物を含む下部層と、前記第１アクセプタ濃度よりも高い第２アクセプタ濃度で前記アクセプタ型不純物を含む中間層と、前記ゲート電極が位置し、アンドープであるかまたは前記第２アクセプタ濃度よりも低い第３アクセプタ濃度で前記アクセプタ型不純物を含む上部層とを含む。前記ソース側延在部および前記ドレイン側延在部は、アンドープであるかまたは前記第２アクセプタ濃度よりも低い第４アクセプタ濃度で前記アクセプタ型不純物を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
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のＦ２－Ｆ２線に沿った窒化物半導体装置の概略断面図である。
図３は、図２のゲート層の拡大図である。
図４は、ゲート層のステップ構造におけるアクセプタ濃度とオン抵抗（シート抵抗）との関係を示す図である。
図５は、ゲート層におけるアクセプタ濃度とゲート閾値電圧との関係を示す図である。
図６は、ゲート電極（底面）からの距離に対するバンドエネルギーの変化を示す図である。
図７は、ゲート電極（底面）からの距離に対するアクセプタ濃度の変化およびバンドエネルギーの変化を示す図である。
図８は、図２に示す窒化物半導体装置の例示的な製造工程を示す概略断面図である。
図９は、図８の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の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の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の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の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の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の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の工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１７は、図１６の工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
図１８は、図１７の工程に続く製造工程を示す概略断面図である。
【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、単に対象物を明確に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、特許請求の範囲において「第１」要素に言及することなく「第２」要素に言及する場合や、または「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】
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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