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JP2024167877A - Wafers and semiconductor devices - Google Patents

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JP2024167877A
JP2024167877A JP2024008907A JP2024008907A JP2024167877A JP 2024167877 A JP2024167877 A JP 2024167877A JP 2024008907 A JP2024008907 A JP 2024008907A JP 2024008907 A JP2024008907 A JP 2024008907A JP 2024167877 A JP2024167877 A JP 2024167877A
Authority
JP
Japan
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region
layer
structures
partial region
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2024008907A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
学史 吉田
Hisashi Yoshida
竜馬 金子
Ryoma Kaneko
肇 名古
Hajime Nago
年輝 彦坂
Toshiki Hikosaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electronic Devices and Storage Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to CN202410200862.2A priority Critical patent/CN119008665A/en
Priority to US18/585,412 priority patent/US20240395543A1/en
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Abstract

To provide a wafer and a semiconductor device capable of improving characteristics.SOLUTION: According to one embodiment, a wafer includes a silicon substrate, a first layer, and a plurality of structures. The first layer includes aluminum and nitrogen. The plurality of structures are provided between a part of the silicon substrate and a part of the first layer in a first direction from the silicon substrate to the first layer. The plurality of structures include a first element that includes at least one selected from the group consisting of Ni, Cu, Cr, Mn, Fe and Co and silicon. Another part of the first layer is in contact with another part of the silicon substrate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、ウエーハ及び半導体装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to wafers and semiconductor devices.

例えば、窒化物を含むウエーハを用いて半導体装置が形成される。ウエーハ及び半導体装置において、特性の向上が望まれる。 For example, semiconductor devices are formed using wafers containing nitrides. It is desirable to improve the characteristics of the wafers and semiconductor devices.

特開2003-224072号公報JP 2003-224072 A

本発明の実施形態は、特性の向上が可能なウエーハ及び半導体装置を提供する。 Embodiments of the present invention provide wafers and semiconductor devices that can improve characteristics.

本発明の実施形態によれば、ウエーハは、シリコン基板と、第1層と、複数の構造体と、を含む。前記第1層は、アルミニウム及び窒素を含む。前記複数の構造体は、前記シリコン基板から前記第1層への第1方向において前記シリコン基板の一部と前記第1層の一部との間に設けられる。前記複数の構造体は、Ni、Cu、Cr、Mn、Fe及びCoよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1元素と、シリコンと、を含む。前記第1層の別の一部は、前記シリコン基板の別の一部と接する。 According to an embodiment of the present invention, a wafer includes a silicon substrate, a first layer, and a plurality of structures. The first layer includes aluminum and nitrogen. The plurality of structures are provided between a portion of the silicon substrate and a portion of the first layer in a first direction from the silicon substrate to the first layer. The plurality of structures include silicon and a first element including at least one selected from the group consisting of Ni, Cu, Cr, Mn, Fe, and Co. Another portion of the first layer contacts another portion of the silicon substrate.

図1は、第1実施形態に係るウエーハを例示する模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a wafer according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態に係るウエーハを例示する電子顕微鏡像である。FIG. 2 is an electron microscope image illustrating the wafer according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態に係るウエーハを例示する顕微鏡像である。FIG. 3 is a microscope image illustrating the wafer according to the first embodiment. 図4(a)~図4(c)は、第1実施形態に係るウエーハを例示する顕微鏡像である。4(a) to 4(c) are microscope images illustrating the wafer according to the first embodiment. 図5は、第1実施形態に係るウエーハにおける位置を示す像である。FIG. 5 is an image showing positions on a wafer according to the first embodiment. 図6は、第1実施形態に係るウエーハにおける元素濃度を例示するグラフである。FIG. 6 is a graph illustrating element concentrations in the wafer according to the first embodiment. 図7は、第1実施形態に係るウエーハにおける元素濃度を例示するグラフである。FIG. 7 is a graph illustrating element concentrations in the wafer according to the first embodiment. 図8は、第1実施形態に係るウエーハにおける元素濃度を例示するグラフである。FIG. 8 is a graph illustrating element concentrations in the wafer according to the first embodiment. 図9は、第1実施形態に係るウエーハにおける元素濃度を例示するグラフである。FIG. 9 is a graph illustrating element concentrations in the wafer according to the first embodiment. 図10は、第1実施形態に係るウエーハにおける元素濃度を例示するグラフである。FIG. 10 is a graph illustrating element concentrations in the wafer according to the first embodiment. 図11は、第1実施形態に係るウエーハを例示する元素プロファイルである。FIG. 11 is an element profile illustrating the wafer according to the first embodiment. 図12は、第1実施形態に係るウエーハを例示する元素プロファイルである。FIG. 12 is an element profile illustrating the wafer according to the first embodiment. 図13は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the second embodiment. 図14は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the second embodiment.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between parts, etc. are not necessarily the same as those in reality. Even when the same part is shown, the dimensions and ratios of each part may be different depending on the drawing.
In this specification and each drawing, elements similar to those described above with reference to the previous drawings are given the same reference numerals and detailed descriptions thereof will be omitted as appropriate.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るウエーハを例示する模式的断面図である。
図1に示すように、実施形態に係るウエーハ110は、シリコン基板15、第1層17、及び、複数の構造体16を含む。第1層17は、アルミニウム及び窒素を含む。第1層17は、例えば、AlN層である。
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a wafer according to the first embodiment.
1, a wafer 110 according to the embodiment includes a silicon substrate 15, a first layer 17, and a plurality of structures 16. The first layer 17 includes aluminum and nitrogen. The first layer 17 is, for example, an AlN layer.

シリコン基板15から第1層17への第1方向D1をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向及びX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。 The first direction D1 from the silicon substrate 15 to the first layer 17 is defined as the Z-axis direction. One direction perpendicular to the Z-axis direction is defined as the X-axis direction. The direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction is defined as the Y-axis direction.

第1層17は、X-Y平面に対して平行な層状である。シリコン基板15は、X-Y平面に沿う。 The first layer 17 is a layer parallel to the XY plane. The silicon substrate 15 is aligned along the XY plane.

複数の構造体16は、第1方向D1において、シリコン基板15の一部と、第1層17の一部との間に設けられる。例えば、第1層17の別の一部は、シリコン基板15の別の一部と接する。 The multiple structures 16 are provided in the first direction D1 between a portion of the silicon substrate 15 and a portion of the first layer 17. For example, another portion of the first layer 17 contacts another portion of the silicon substrate 15.

例えば、シリコン基板15は、第1シリコン領域15a、第2シリコン領域15b及び第3シリコン領域15cを含む。第1方向D1において、複数の構造体16は、第1シリコン領域15aと第1層17との間に設けられる。第1方向D1と交差する方向において、複数の構造体16の1つは、第2シリコン領域15bと第3シリコン領域15cとの間にある。第1方向D1と交差する方向は、X-Y平面に沿う任意の方向である。例えば、複数の構造体16は、島状である。複数の構造体16は、互いに不連続である。 For example, the silicon substrate 15 includes a first silicon region 15a, a second silicon region 15b, and a third silicon region 15c. In the first direction D1, the multiple structures 16 are provided between the first silicon region 15a and the first layer 17. In a direction intersecting the first direction D1, one of the multiple structures 16 is between the second silicon region 15b and the third silicon region 15c. The direction intersecting the first direction D1 is any direction along the XY plane. For example, the multiple structures 16 are island-shaped. The multiple structures 16 are discontinuous with each other.

複数の構造体16は、Ni、Cu、Cr、Mn、Fe及びCoよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1元素と、シリコンと、を含む。第1元素は、例えば、遷移元素である。例えば、複数の構造体16は、Ni及びシリコンを含む化合物を含む。複数の構造体16は、例えば、結晶を含む。 The plurality of structures 16 includes a first element including at least one selected from the group consisting of Ni, Cu, Cr, Mn, Fe, and Co, and silicon. The first element is, for example, a transition element. For example, the plurality of structures 16 includes a compound including Ni and silicon. The plurality of structures 16 includes, for example, a crystal.

このような複数の構造体16が、シリコン基板15と第1層17(AlN層)との間に、分散されて設けられる。これにより、ウエーハ110の応力が緩和され、例えばクラックが抑制される。 A number of such structures 16 are distributed between the silicon substrate 15 and the first layer 17 (AlN layer). This relieves stress in the wafer 110, suppressing, for example, cracks.

例えば、Niなどを含む連続層が、シリコン基板15と第1層17との間に設けられる参考例が考えられる。この場合、Niなどを含む層が、シリコン基板15と第1層17との間に連続的に設けられるため、格子定数の不整合に起因して、結晶性が低くなる。 For example, a reference example can be considered in which a continuous layer containing Ni or the like is provided between the silicon substrate 15 and the first layer 17. In this case, since the layer containing Ni or the like is provided continuously between the silicon substrate 15 and the first layer 17, the crystallinity is reduced due to the mismatch of the lattice constants.

これに対して、実施形態においては、不連続な複数の構造体16が設けられる。これにより、格子定数の不整合が緩和される。これにより、高い結晶性を有する複数の構造体16が得られる。結晶性の高い複数の構造体16と、シリコン基板15と、の上に第1層17が形成されることで、第1層17及びその上に形成される窒化物層において、高い結晶性が得られる。実施形態によれば、クラックを抑制しつつ、高い結晶性が得られる。実施形態によれば、特性の向上が可能なウエーハを提供できる。 In contrast, in the embodiment, multiple discontinuous structures 16 are provided. This alleviates the mismatch in lattice constants. This results in multiple structures 16 with high crystallinity. By forming the first layer 17 on the multiple highly crystalline structures 16 and the silicon substrate 15, high crystallinity is obtained in the first layer 17 and the nitride layer formed thereon. According to the embodiment, high crystallinity is obtained while suppressing cracks. According to the embodiment, a wafer capable of improving characteristics can be provided.

上記のように、例えば、複数の構造体16は、Ni及びシリコンを含む化合物を含む。シリコン基板15の熱膨張係数は、約3.6×10-6/Kである。第1層17(AlN)の熱膨張係数は、約4.2×10-6/Kである。NiSiの熱膨張係数は、約14.4×10-6/Kである。このように、NiSiの熱膨張係数は大きい。これにより、例えば、ウエーハ110の上に各種の層を高温で形成した後に温度を室温の低下させたときにおいて生じる引っ張り応力を低減できる。 As described above, for example, the plurality of structures 16 includes a compound containing Ni and silicon. The thermal expansion coefficient of the silicon substrate 15 is about 3.6×10 −6 /K. The thermal expansion coefficient of the first layer 17 (AlN) is about 4.2×10 −6 /K. The thermal expansion coefficient of NiSi 2 is about 14.4×10 −6 /K. Thus, the thermal expansion coefficient of NiSi 2 is large. This can reduce the tensile stress that occurs when, for example, various layers are formed on the wafer 110 at high temperature and then the temperature is lowered to room temperature.

シリコン基板15の格子定数は、0.543nmである。第1層17(AlN)の格子定数は、0.311nmである。NiSiの格子定数は、0.540nmである。NiSiの格子定数は、シリコン基板15の格子定数と同等である。 The lattice constant of the silicon substrate 15 is 0.543 nm. The lattice constant of the first layer 17 (AlN) is 0.311 nm. The lattice constant of NiSi 2 is 0.540 nm. The lattice constant of NiSi 2 is equal to the lattice constant of the silicon substrate 15.

1つの例において、複数の構造体16は、第1元素(例えばNi)を含む環境で、シリコン基板15を熱処理することで得られる。例えば、熱処理により、シリコン基板15の表面に微量の第1元素が付着する。熱処理により、第1元素は、シリコン基板15中に取り込まれても良い。この際、シリコン基板15の表面に付着する第1元素の量が多いと、連続的な膜が形成されてしまい、不連続な複数の構造体16が得られない。複数の構造体16が設けられたシリコン基板15の上に第1層17を形成することでウエーハ110が得られる。第1層17は、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)などの方法により形成できる。 In one example, the multiple structures 16 are obtained by heat-treating the silicon substrate 15 in an environment containing a first element (e.g., Ni). For example, a small amount of the first element is attached to the surface of the silicon substrate 15 by the heat treatment. The first element may be incorporated into the silicon substrate 15 by the heat treatment. In this case, if a large amount of the first element is attached to the surface of the silicon substrate 15, a continuous film is formed, and the multiple discontinuous structures 16 are not obtained. The wafer 110 is obtained by forming a first layer 17 on the silicon substrate 15 on which the multiple structures 16 are provided. The first layer 17 can be formed by a method such as MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).

不連続な複数の構造体16が設けられることで、複数の構造体16の結晶性を高めることができる。一方、連続的な膜が設けられる場合は、結晶性が劣化する。劣化した連続的な膜上に第1層17(AlN)を形成すると、第1層17(AlN)の結晶性が劣化する。不連続な複数の構造体16の上に第1層17(AlN)が形成されることで、高品質な第1層17(AlN)が得易い。 By providing multiple discontinuous structures 16, the crystallinity of the multiple structures 16 can be improved. On the other hand, if a continuous film is provided, the crystallinity deteriorates. If the first layer 17 (AlN) is formed on a deteriorated continuous film, the crystallinity of the first layer 17 (AlN) deteriorates. By forming the first layer 17 (AlN) on multiple discontinuous structures 16, it is easy to obtain a high-quality first layer 17 (AlN).

実施形態において、複数の構造体16は、例えば、Cu及びシリコンの化合物を含んでも良い。この場合も、クラックが抑制されつつ、高い結晶性が得られる。この他、複数の構造体16は、例えば、Ni、Cu、Cr、Mn、Fe及びCoよりなる群から選択された少なくとも1つと、シリコンと、の化合物を含んでも良い。 In an embodiment, the plurality of structures 16 may include, for example, a compound of Cu and silicon. In this case, high crystallinity is obtained while cracks are suppressed. In addition, the plurality of structures 16 may include, for example, a compound of at least one selected from the group consisting of Ni, Cu, Cr, Mn, Fe, and Co, and silicon.

図2は、第1実施形態に係るウエーハを例示する電子顕微鏡像である。
図2は、ウエーハ110の断面のHAADF-STEM(High Angle Annular Dark-Field Scanning Transmission Electron Microscopy)像である。図2では、複数の構造体16の1つが例示されている。第1層17の第1方向D1に沿う厚さを第1層厚t17とする。複数の構造体16の1つの第1方向D1に沿う厚さを構造体厚t16とする。構造体厚t16は、第1層厚t17よりも薄い。
FIG. 2 is an electron microscope image illustrating the wafer according to the first embodiment.
Fig. 2 is a High Angle Annular Dark-Field Scanning Transmission Electron Microscopy (HAADF-STEM) image of a cross section of the wafer 110. Fig. 2 illustrates one of the multiple structures 16. The thickness of the first layer 17 along the first direction D1 is defined as a first layer thickness t17. The thickness of one of the multiple structures 16 along the first direction D1 is defined as a structure thickness t16. The structure thickness t16 is thinner than the first layer thickness t17.

構造体厚t16は、例えば、5nm以上30nm以下である。薄い構造体厚t16により、複数の構造体16において、高い結晶性が得易い。構造体厚t16が過度に厚いと、結晶性が低くなる場合がある。構造体厚t16が過度に薄いと、応力の緩和効果が小さくなり、クラックの抑制効果が低くなる。 The structure thickness t16 is, for example, 5 nm or more and 30 nm or less. A thin structure thickness t16 makes it easier to obtain high crystallinity in the multiple structures 16. If the structure thickness t16 is excessively thick, the crystallinity may be low. If the structure thickness t16 is excessively thin, the stress relaxation effect is reduced, and the crack suppression effect is reduced.

図2に示すように、第1方向D1に対して垂直な方向における複数の構造体16の1つの長さを構造体長16Lとする。実施形態において、構造体長16Lは、例えば、200nm以上5000nm以下である。構造体長16Lが過度に長いと、例えば、結晶性が低くなる場合がある。構造体長16Lが過度に短いと、クラックの抑制効果が低くなる場合がある。 As shown in FIG. 2, the length of one of the multiple structures 16 in a direction perpendicular to the first direction D1 is defined as the structure length 16L. In an embodiment, the structure length 16L is, for example, 200 nm or more and 5000 nm or less. If the structure length 16L is excessively long, for example, the crystallinity may be reduced. If the structure length 16L is excessively short, the crack suppression effect may be reduced.

図2に示すように、ウエーハ110は、窒化物層10Lをさらに含んで良い。第1層17は、シリコン基板15と窒化物層10Lとの間に設けられる。窒化物層10Lは、Al及びGaよりなる群から選択された少なくとも1つと、窒素と、を含む。窒化物層10Lは、例えば、AlGaN層13、積層構造体14及び第1窒化物領域11などを含んで良い。実施形態において、複数の構造体16が設けられることで、窒化物層10Lにおいて、高い結晶性が得られる。窒化物層10Lの例については後述する。 2, the wafer 110 may further include a nitride layer 10L. The first layer 17 is provided between the silicon substrate 15 and the nitride layer 10L. The nitride layer 10L includes at least one selected from the group consisting of Al and Ga, and nitrogen. The nitride layer 10L may include, for example, an AlGaN layer 13, a stacked structure 14, and a first nitride region 11. In the embodiment, by providing a plurality of structures 16, high crystallinity is obtained in the nitride layer 10L. An example of the nitride layer 10L will be described later.

図3は、第1実施形態に係るウエーハを例示する顕微鏡像である。
図3は、ウエーハ110の光学顕微鏡写真像である。図3は、第1層17が形成される前のシリコン基板15及び複数の構造体16を例示している。
FIG. 3 is a microscope image illustrating the wafer according to the first embodiment.
Figure 3 is an optical microscope image of wafer 110. Figure 3 illustrates silicon substrate 15 and structures 16 before first layer 17 is formed.

図3に例示する明るい複数の点が、複数の構造体16に対応する。図3の像中の暗い領域は、複数の構造体16が存在しない領域に対応する。暗い領域は、例えば、シリコン基板15の表面に対応する。暗い領域は、例えば、複数の構造体16が存在しない、窒化物層10Lに対応する。図3に示すように、複数の構造体16は、島状(点状)である。 The bright dots illustrated in FIG. 3 correspond to the structures 16. The dark areas in the image in FIG. 3 correspond to areas where the structures 16 are not present. The dark areas correspond, for example, to the surface of the silicon substrate 15. The dark areas correspond, for example, to the nitride layer 10L where the structures 16 are not present. As shown in FIG. 3, the structures 16 are island-like (dot-like).

例えば、X-Y平面(第1方向D1に対して垂直な平面)における複数の構造体16の密度は、例えば、2×10/cm以上2×10/cm以下である。密度が過度に高いと、例えば、複数の構造体16の一部が互いに連続し易くなる。結晶性が低下する場合がある。密度が過度に低いと、例えば、応力の緩和の効果が小さくなり、クラックの抑制効果が小さくなる。 For example, the density of the multiple structures 16 in the XY plane (plane perpendicular to the first direction D1) is, for example, 2×10 3 /cm 2 or more and 2×10 5 /cm 2 or less. If the density is excessively high, for example, parts of the multiple structures 16 tend to be continuous with each other. Crystallinity may decrease. If the density is excessively low, for example, the effect of stress relaxation decreases, and the effect of suppressing cracks decreases.

図4(a)~図4(c)は、第1実施形態に係るウエーハを例示する顕微鏡像である。
これらの図は、ウエーハ110の断面のHAADF-STEM像である。図4(a)は、複数の構造体16の1つを含む部分のHAADF-STEM像である。図4(b)は、図4(a)の領域Q1の拡大像である。図4(c)は、図4(a)の領域Q2の拡大像である。
4(a) to 4(c) are microscope images illustrating the wafer according to the first embodiment.
These figures are HAADF-STEM images of a cross section of the wafer 110. Fig. 4(a) is an HAADF-STEM image of a portion including one of the multiple structures 16. Fig. 4(b) is an enlarged image of region Q1 in Fig. 4(a). Fig. 4(c) is an enlarged image of region Q2 in Fig. 4(a).

図4(b)に示すように、第1シリコン領域15aと第1層17との間に複数の構造体16の1つが設けられる。第2シリコン領域15bは、第1層17に対向する基板面15fを含む。複数の構造体16の1つは、第1層17に対向する構造体面16fを含む。基板面15fの第1方向D1における位置は、構造体面16fの第1方向D1における位置と一致する。第1シリコン領域15aの上面は、複数の構造体16の1つの上面と揃っている。 As shown in FIG. 4(b), one of the multiple structures 16 is provided between the first silicon region 15a and the first layer 17. The second silicon region 15b includes a substrate surface 15f facing the first layer 17. One of the multiple structures 16 includes a structure surface 16f facing the first layer 17. The position of the substrate surface 15f in the first direction D1 coincides with the position of the structure surface 16f in the first direction D1. The top surface of the first silicon region 15a is aligned with the top surface of one of the multiple structures 16.

図4(b)に示すように、複数の構造体16の1つは、第2シリコン領域15bと対向する構造体側面16sを含む。構造体側面16sは、第1方向D1に対して傾斜する。例えば、構造体側面16sは、シリコン基板15の結晶面に沿う。1つの例において、構造体側面16sは、シリコン基板15の(111)面に沿う。高い結晶性を有する複数の構造体16において、シリコン基板15の結晶面に沿った傾斜した構造体側面16sが得られる。 As shown in FIG. 4(b), one of the multiple structures 16 includes a structure side surface 16s that faces the second silicon region 15b. The structure side surface 16s is inclined with respect to the first direction D1. For example, the structure side surface 16s is aligned along a crystal plane of the silicon substrate 15. In one example, the structure side surface 16s is aligned along the (111) plane of the silicon substrate 15. In the multiple structures 16 having high crystallinity, an inclined structure side surface 16s aligned along a crystal plane of the silicon substrate 15 is obtained.

図4(b)及び図4(c)に示すように、複数の構造体16において、結晶格子が観察される。 As shown in Figures 4(b) and 4(c), crystal lattices are observed in multiple structures 16.

図4(b)に示すように、複数の構造体16と第1層17との間に、中間領域16Mが設けられても良い。中間領域16Mは、例えば、遷移領域である。中間領域16Mについては後述する。 As shown in FIG. 4(b), an intermediate region 16M may be provided between the multiple structures 16 and the first layer 17. The intermediate region 16M is, for example, a transition region. The intermediate region 16M will be described later.

以下、ウエーハ110における元素の分析結果の例について説明する。
図5は、第1実施形態に係るウエーハにおける位置を示す像である。
図6~図10は、第1実施形態に係るウエーハにおける元素濃度を例示するグラフである。
図5において、図4(a)のHAADF-STEM像と同じ像中に、ウエーハ110中の位置が示されている。図6は、図5に示す第1位置P1における分析結果に対応する。図7は、図5に示す第2位置P2における分析結果に対応する。図8は、図5に示す第3位置P3における分析結果に対応する。図9は、図5に示す第4位置P4における分析結果に対応する。図10は、図5に示す第5位置P5における分析結果に対応する。
An example of the analysis results of elements in the wafer 110 will now be described.
FIG. 5 is an image showing positions on a wafer according to the first embodiment.
6 to 10 are graphs illustrating element concentrations in the wafer according to the first embodiment.
In Fig. 5, positions in the wafer 110 are shown in the same image as the HAADF-STEM image in Fig. 4(a). Fig. 6 corresponds to the analysis results at the first position P1 shown in Fig. 5. Fig. 7 corresponds to the analysis results at the second position P2 shown in Fig. 5. Fig. 8 corresponds to the analysis results at the third position P3 shown in Fig. 5. Fig. 9 corresponds to the analysis results at the fourth position P4 shown in Fig. 5. Fig. 10 corresponds to the analysis results at the fifth position P5 shown in Fig. 5.

第1位置P1は、第1シリコン領域15aに対応する。第2位置P2は、複数の構造体16の1つの中に対応する。第3位置P3は、第1層17に対応する。Z軸方向において、第1位置P1と第3位置P3との間に第2位置P2がある。第4位置P4は、第2シリコン領域15bに対応する。第5位置P5は、第3シリコン領域15cに対応する。図6~図10は、TEM-EDXによる分析結果である。この例では、第1元素は、Niである。 The first position P1 corresponds to the first silicon region 15a. The second position P2 corresponds to one of the multiple structures 16. The third position P3 corresponds to the first layer 17. In the Z-axis direction, the second position P2 is between the first position P1 and the third position P3. The fourth position P4 corresponds to the second silicon region 15b. The fifth position P5 corresponds to the third silicon region 15c. Figures 6 to 10 are the results of analysis by TEM-EDX. In this example, the first element is Ni.

図7に示すように、第2位置P2において、第1元素(Ni)が検出される。この例では、Niの原子濃度は、25.8atm%である。一方、図6及び図8に示すように、第1位置P1及び第3位置P3において、第1元素(Ni)は検出されない。図9及び図10に示すように、第4位置P4及び第5位置P5においても、第1元素(Ni)は検出されない。互いに不連続な複数の構造体16が形成されている。 As shown in FIG. 7, the first element (Ni) is detected at the second position P2. In this example, the atomic concentration of Ni is 25.8 atm%. On the other hand, as shown in FIG. 6 and FIG. 8, the first element (Ni) is not detected at the first position P1 and the third position P3. As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the first element (Ni) is not detected at the fourth position P4 and the fifth position P5 either. A plurality of structures 16 that are discontinuous with each other are formed.

図11は、第1実施形態に係るウエーハを例示する元素プロファイルである。
図11は、ウエーハ110の複数の構造体16の1つの断面を3次元アトムプローブで分析した結果を例示している。断面は、第1方向D1に平行である。図11の横軸は、Z軸方向における位置pZである。縦軸は、検出された元素の濃度C1(原子%)である。
FIG. 11 is an element profile illustrating the wafer according to the first embodiment.
11 illustrates the results of a three-dimensional atom probe analysis of a cross section of one of the structures 16 of the wafer 110. The cross section is parallel to a first direction D1. The horizontal axis of FIG. 11 is the position pZ in the Z-axis direction. The vertical axis is the concentration C1 (atomic %) of the detected element.

図11に示すように、シリコン基板15において、シリコンが検出される。第1層17において、Al及びNが検出される。構造体16において、Ni(第1元素)及びシリコンが検出される。 As shown in FIG. 11, silicon is detected in the silicon substrate 15. Al and N are detected in the first layer 17. Ni (first element) and silicon are detected in the structure 16.

図11に示すように、ウエーハ110は、中間領域16Mを含んでも良い(図4(b)参照)。中間領域16Mは、複数の構造体16と、第1層17の一部と、の間に設けられる。図11に示すように、中間領域16Mは、Al、N及びSiを含む。中間領域16Mは、例えば、遷移領域である。 As shown in FIG. 11, the wafer 110 may include an intermediate region 16M (see FIG. 4(b)). The intermediate region 16M is provided between the multiple structures 16 and a portion of the first layer 17. As shown in FIG. 11, the intermediate region 16M includes Al, N, and Si. The intermediate region 16M is, for example, a transition region.

中間領域16Mは、第1元素(例えばNi)を含まない。または、中間領域16Mにおける第1元素の濃度は、複数の構造体16における第1元素の濃度よりも低い。以下に説明するように、中間領域16Mにおいて、炭素などが検出されても良い。 The intermediate region 16M does not contain the first element (e.g., Ni). Alternatively, the concentration of the first element in the intermediate region 16M is lower than the concentration of the first element in the multiple structures 16. As described below, carbon or the like may be detected in the intermediate region 16M.

図12は、第1実施形態に係るウエーハを例示する元素プロファイルである。
図12は、ウエーハ110の複数の構造体16の1つの断面を3次元アトムプローブで分析した結果を例示している。断面は、第1方向D1に平行である。図12の横軸は、Z軸方向における位置pZである。左の縦軸は、炭素、シリコン及びAlの濃度C1(原子%)である。右の縦軸は、ボロンの濃度C(b)(原子%)である。図12においてシリコン及びAlのプロファイルは、図11に例示したシリコン及びAlのプロファイルと同じである。
FIG. 12 is an element profile illustrating the wafer according to the first embodiment.
12 illustrates the results of analyzing a cross section of one of the structures 16 of the wafer 110 with a three-dimensional atom probe. The cross section is parallel to the first direction D1. The horizontal axis of FIG. 12 is the position pZ in the Z-axis direction. The left vertical axis is the concentration C1 (atomic %) of carbon, silicon, and Al. The right vertical axis is the concentration C(b) (atomic %) of boron. The silicon and Al profiles in FIG. 12 are the same as the silicon and Al profiles illustrated in FIG. 11.

図12に示すように、中間領域16Mは、炭素を含んで良い。一方、第1層17は炭素を含まない。または、第1層17における炭素の濃度は、中間領域16Mにおける炭素の濃度よりも低い。複数の構造体16は、炭素を含まない。または、複数の構造体16における炭素の濃度は、中間領域16Mにおける炭素の濃度よりも低い。 As shown in FIG. 12, the intermediate region 16M may contain carbon. Meanwhile, the first layer 17 does not contain carbon. Alternatively, the carbon concentration in the first layer 17 is lower than the carbon concentration in the intermediate region 16M. The multiple structures 16 do not contain carbon. Alternatively, the carbon concentration in the multiple structures 16 is lower than the carbon concentration in the intermediate region 16M.

炭素を含む中間領域16Mが設けられることで、より良好な特性が得られる。例えば、炭素は、中間領域16Mに局所的に存在する。例えば、第1層17における炭素の悪影響が抑制される。中間領域16Mにおいて、Bの濃度が局所的に高くても良い。 By providing the intermediate region 16M containing carbon, better characteristics can be obtained. For example, carbon is present locally in the intermediate region 16M. For example, the adverse effects of carbon in the first layer 17 are suppressed. The concentration of B may be locally high in the intermediate region 16M.

(第2実施形態)
第2実施形態は、半導体装置に係る。
図13は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図13に示すように、実施形態に係る半導体装置120は、第1実施形態に係るウエーハ110と、第1電極51と、第2電極52と、第3電極53と、を含む。半導体装置120は、絶縁部材61を含んで良い。
Second Embodiment
The second embodiment relates to a semiconductor device.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the second embodiment.
13 , a semiconductor device 120 according to the embodiment includes the wafer 110 according to the first embodiment, a first electrode 51, a second electrode 52, and a third electrode 53. The semiconductor device 120 may include an insulating member 61.

既に説明したように、ウエーハ110は、シリコン基板15、第1層17、及び、複数の構造体16を含む。この例では、ウエーハ110は、窒化物層10Lを含む。窒化物層10Lは、AlGaN層13、積層構造体14及び第1窒化物領域11などを含む。 As already described, the wafer 110 includes a silicon substrate 15, a first layer 17, and a plurality of structures 16. In this example, the wafer 110 includes a nitride layer 10L. The nitride layer 10L includes an AlGaN layer 13, a stacked structure 14, and a first nitride region 11, etc.

積層構造体14は、複数の第1膜14aと、複数の第2膜14bと、を含む。複数の第1膜14aの1つは、複数の第2膜14bの1つと、複数の第2膜14bの別の1つと、の間に設けられる。複数の第2膜14bの1つは、複数の第1膜14aの1つと、複数の第1膜14aの別の1つと、の間に設けられる。 The laminated structure 14 includes a plurality of first films 14a and a plurality of second films 14b. One of the plurality of first films 14a is provided between one of the plurality of second films 14b and another one of the plurality of second films 14b. One of the plurality of second films 14b is provided between one of the plurality of first films 14a and another one of the plurality of first films 14a.

第1層17と第1窒化物領域11との間に、AlGaN層13が設けられる。AlGaN層13と第1窒化物領域11との間に、積層構造体14が設けられる。 An AlGaN layer 13 is provided between the first layer 17 and the first nitride region 11. A stacked structure 14 is provided between the AlGaN layer 13 and the first nitride region 11.

第1窒化物領域11は、例えば、Alx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含む。組成比x1は、例えば、0以上0.15以下である。第1窒化物領域11は、例えば、GaN層である。 The first nitride region 11 contains, for example, Al x1 Ga 1-x1 N (0≦x1<1), where the composition ratio x1 is, for example, not less than 0 and not more than 0.15. The first nitride region 11 is, for example, a GaN layer.

この例では、窒化物層10Lは、第2窒化物領域12を含む。第2窒化物領域12は、例えば、Alx2Ga1-x2N(0<x2≦1、x1<x2)を含む。組成比x2は、例えば、0.15よりも高く、0.3以下である。第2窒化物領域12は、例えば、AlGaN層である。 In this example, the nitride layer 10L includes a second nitride region 12. The second nitride region 12 includes, for example, Al x2 Ga 1-x2 N (0<x2≦1, x1<x2). The composition ratio x2 is, for example, higher than 0.15 and equal to or lower than 0.3. The second nitride region 12 is, for example, an AlGaN layer.

第1窒化物領域11は、第1層17と第2窒化物領域12との間に設けられる。第1電極51から第2電極52への方向は、第1方向D1と交差する第2方向D2に沿う。第2方向D2は、例えば、X軸方向である。第3電極53の第2方向D2における位置は、第1電極51の第2方向D2における位置と、第2電極52の第2方向D2における位置と、の間にある。 The first nitride region 11 is provided between the first layer 17 and the second nitride region 12. The direction from the first electrode 51 to the second electrode 52 is along a second direction D2 that intersects with the first direction D1. The second direction D2 is, for example, the X-axis direction. The position of the third electrode 53 in the second direction D2 is between the position of the first electrode 51 in the second direction D2 and the position of the second electrode 52 in the second direction D2.

第1窒化物領域11は、第1部分領域11a、第2部分領域11b、第3部分領域11c、第4部分領域11d、及び、第5部分領域11eを含む。第1部分領域11aから第1電極51への方向は、第1方向D1に沿う。第2部分領域11bから第2電極52への方向は、第1方向D1に沿う。第3部分領域11cは、第2方向D2において第1部分領域11aと第2部分領域11bとの間にある。第3部分領域11cから第3電極53への方向は、第1方向D1に沿う。 The first nitride region 11 includes a first partial region 11a, a second partial region 11b, a third partial region 11c, a fourth partial region 11d, and a fifth partial region 11e. The direction from the first partial region 11a to the first electrode 51 is along the first direction D1. The direction from the second partial region 11b to the second electrode 52 is along the first direction D1. The third partial region 11c is between the first partial region 11a and the second partial region 11b in the second direction D2. The direction from the third partial region 11c to the third electrode 53 is along the first direction D1.

第4部分領域11dの第2方向D2における位置は、第1部分領域11aの第2方向D2における位置と、第3部分領域11cの第2方向D2における位置と、の間にある。第5部分領域11eの第2方向D2における位置は、第3部分領域11cの第2方向D2における位置と、第2部分領域11bの第2方向D2における位置と、の間にある。 The position of the fourth partial region 11d in the second direction D2 is between the position of the first partial region 11a in the second direction D2 and the position of the third partial region 11c in the second direction D2. The position of the fifth partial region 11e in the second direction D2 is between the position of the third partial region 11c in the second direction D2 and the position of the second partial region 11b in the second direction D2.

第2窒化物領域12は、第6部分領域12f及び第7部分領域12gを含む。第4部分領域11dから第6部分領域12fへの方向は、第1方向D1に沿う。第5部分領域11eから第7部分領域12gへの方向は、第1方向D1に沿う。 The second nitride region 12 includes a sixth sub-region 12f and a seventh sub-region 12g. The direction from the fourth sub-region 11d to the sixth sub-region 12f is along the first direction D1. The direction from the fifth sub-region 11e to the seventh sub-region 12g is along the first direction D1.

例えば、第1電極51と第2電極52との間に流れる電流は、第3電極53の電位により制御できる。第3電極53の電位は、例えば、第1電極51の電位を基準にした電位で良い。第1電極51は、例えば、ソース電極として機能する。第2電極52は、例えば、ドレイン電極として機能する。第3電極53は、例えば、ゲート電極として機能する。半導体装置120は、例えば、トランジスタである。 For example, the current flowing between the first electrode 51 and the second electrode 52 can be controlled by the potential of the third electrode 53. The potential of the third electrode 53 may be, for example, a potential based on the potential of the first electrode 51. The first electrode 51 functions, for example, as a source electrode. The second electrode 52 functions, for example, as a drain electrode. The third electrode 53 functions, for example, as a gate electrode. The semiconductor device 120 is, for example, a transistor.

第1窒化物領域11は、第2窒化物領域12に対応する部分を含む。この部分にキャリア領域が形成される。キャリア領域は、例えば、2次元電子ガスである。半導体装置120は、例えば、HEMT(High Electron Mobility Transistor)である。 The first nitride region 11 includes a portion corresponding to the second nitride region 12. A carrier region is formed in this portion. The carrier region is, for example, a two-dimensional electron gas. The semiconductor device 120 is, for example, a HEMT (High Electron Mobility Transistor).

図13に示すように、絶縁部材61の少なくとも一部61pは、窒化物層10Lと第3電極53との間に設けられる。絶縁部材61は、必要に応じて設けられ、省略されても良い。 As shown in FIG. 13, at least a portion 61p of the insulating member 61 is provided between the nitride layer 10L and the third electrode 53. The insulating member 61 is provided as necessary and may be omitted.

半導体装置120においては、第3電極53の少なくとも一部は、第2方向D2において、第6部分領域12fと第7部分領域12gとの間に設けられる。第3電極53の少なくとも一部は、第2方向D2において、第4部分領域11dと第5部分領域11eとの間に設けられても良い。半導体装置120において、例えば、ノーマリオフ特性が得られる。 In the semiconductor device 120, at least a portion of the third electrode 53 is provided between the sixth partial region 12f and the seventh partial region 12g in the second direction D2. At least a portion of the third electrode 53 may be provided between the fourth partial region 11d and the fifth partial region 11e in the second direction D2. In the semiconductor device 120, for example, normally-off characteristics are obtained.

図14は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図14に示すように、実施形態に係る半導体装置121においても、ウエーハ110と、第1電極51と、第2電極52と、第3電極53と、を含む。半導体装置121においては、第1方向D1において、第3部分領域11cと第3電極53との間に、第2窒化物領域12が設けられる。半導体装置121においては、ノーマリオン動作が得られる。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the second embodiment.
14, a semiconductor device 121 according to the embodiment also includes a wafer 110, a first electrode 51, a second electrode 52, and a third electrode 53. In the semiconductor device 121, a second nitride region 12 is provided between the third partial region 11c and the third electrode 53 in the first direction D1. In the semiconductor device 121, a normally-on operation is obtained.

実施形態に係る半導体装置120及び121において、高い結晶性に基づいて、例えば、低いオン抵抗が得易い。クラックが抑制される。 In the semiconductor devices 120 and 121 according to the embodiment, for example, low on-resistance is easily obtained based on high crystallinity. Cracks are suppressed.

実施形態において、形状などに関する情報は、例えば、電子顕微鏡観察などにより得られる。組成及び元素濃度に関する情報は、例えば、EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)、または、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)などにより得られても良い。 In an embodiment, information regarding shape, etc., is obtained, for example, by observation using an electron microscope. Information regarding composition and element concentration may be obtained, for example, by EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) or SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry).

実施形態は、以下の構成(例えば技術案)を含んで良い。
(構成1)
シリコン基板と、
アルミニウム及び窒素を含む第1層と、
前記シリコン基板から前記第1層への第1方向において前記シリコン基板の一部と前記第1層の一部との間に設けられた複数の構造体と、
を備え、
前記複数の構造体は、Ni、Cu、Cr、Mn、Fe及びCoよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1元素と、シリコンと、を含み、
前記第1層の別の一部は、前記シリコン基板の別の一部と接した、ウエーハ。
The embodiment may include the following configurations (e.g., technical solutions).
(Configuration 1)
A silicon substrate;
a first layer comprising aluminum and nitrogen;
a plurality of structures provided between a portion of the silicon substrate and a portion of the first layer in a first direction from the silicon substrate to the first layer;
Equipped with
The plurality of structures include a first element including at least one selected from the group consisting of Ni, Cu, Cr, Mn, Fe, and Co, and silicon;
Another portion of the first layer contacts another portion of the silicon substrate.

(構成2)
前記シリコン基板は、第1シリコン領域、第2シリコン領域及び第3シリコン領域を含み、
前記第1方向において、前記複数の構造体は、前記第1シリコン領域と前記第1層との間に設けられ、
前記第1方向と交差する方向において、前記複数の構造体の1つは、前記第2シリコン領域と前記第3シリコン領域との間にある、構成1に記載のウエーハ。
(Configuration 2)
the silicon substrate includes a first silicon region, a second silicon region, and a third silicon region;
In the first direction, the plurality of structures are provided between the first silicon region and the first layer,
2. The wafer of claim 1, wherein in a direction intersecting the first direction, one of the plurality of structures is between the second silicon region and the third silicon region.

(構成3)
前記第2シリコン領域は、前記第1層に対向する基板面を含み、
前記複数の構造体の前記1つは、前記第1層に対向する構造体面を含み、
前記基板面の前記第1方向における位置は、前記構造体面の前記第1方向における位置と一致する、構成2に記載のウエーハ。
(Configuration 3)
the second silicon region includes a substrate surface facing the first layer;
the one of the plurality of structures includes a structure surface facing the first layer;
3. The wafer of claim 2, wherein the position of the substrate surface in the first direction coincides with the position of the structure surface in the first direction.

(構成4)
複数の構造体の前記1つの前記第1方向に沿う構造体厚は、前記第1層の前記第1方向に沿う第1層厚よりも薄い、構成2または3に記載のウエーハ。
(Configuration 4)
4. The wafer of claim 2 or 3, wherein a structure thickness of the one of the plurality of structures along the first direction is thinner than a first layer thickness of the first layer along the first direction.

(構成5)
前記構造体厚は、5nm以上30nm以下である、構成4に記載のウエーハ。
(Configuration 5)
5. The wafer of claim 4, wherein the structure thickness is 5 nm or more and 30 nm or less.

(構成6)
前記第1方向に対して垂直な方向における複数の構造体の前記1つの構造体長は200nm以上5000nm以下である、構成2~5のいずれか1つに記載のウエーハ。
(Configuration 6)
6. The wafer according to any one of configurations 2 to 5, wherein the length of one of the plurality of structures in a direction perpendicular to the first direction is 200 nm or more and 5000 nm or less.

(構成7)
前記第1方向に対して垂直な平面における前記複数の構造体の密度は、2×10/cm以上2×10/cm以下である、構成2~6のいずれか1つに記載のウエーハ。
(Configuration 7)
7. The wafer according to any one of configurations 2 to 6, wherein a density of the plurality of structures in a plane perpendicular to the first direction is 2×10 3 /cm 2 or more and 2×10 5 /cm 2 or less.

(構成8)
前記複数の構造体の前記1つは、前記第2シリコン領域と対向する構造体側面を含み、
前記構造体側面は、前記第1方向に対して傾斜した、構成2~7のいずれか1つに記載のウエーハ。
(Configuration 8)
the one of the plurality of structures includes a structure side facing the second silicon region;
8. A wafer according to any one of configurations 2 to 7, wherein the structure side surface is inclined with respect to the first direction.

(構成9)
前記複数の構造体の前記1つは、前記第2シリコン領域と対向する構造体側面を含み、
前記構造体側面は、前記シリコン基板の結晶面に沿う、構成2~7のいずれか1つに記載のウエーハ。
(Configuration 9)
the one of the plurality of structures includes a structure side facing the second silicon region;
8. The wafer according to any one of configurations 2 to 7, wherein the structure side faces are aligned along a crystal plane of the silicon substrate.

(構成10)
前記構造体側面は、前記シリコン基板の(111)面に沿う、構成9に記載のウエーハ。
(Configuration 10)
10. The wafer of claim 9, wherein the structure side is along a (111) plane of the silicon substrate.

(構成11)
前記複数の構造体は、結晶を含む、構成1~10のいずれか1つに記載のウエーハ。
(Configuration 11)
11. The wafer of any one of configurations 1 to 10, wherein the plurality of structures includes crystals.

(構成12)
前記複数の構造体は、島状である、構成1~11のいずれか1つに記載のウエーハ。
(Configuration 12)
12. The wafer of any one of configurations 1 to 11, wherein the plurality of structures are island-shaped.

(構成13)
前記複数の構造体は、Ni及びシリコンを含む化合物を含む、構成1~12のいずれか1つに記載のウエーハ。
(Configuration 13)
13. The wafer of any one of configurations 1 to 12, wherein the plurality of structures includes a compound including Ni and silicon.

(構成14)
前記複数の構造体と、前記第1層の前記一部と、の間に設けられた中間領域をさらに備え、
前記中間領域は、Al、N及びSiを含み、
前記中間領域は、前記第1元素を含まない、または、前記中間領域における前記第1元素の濃度は、前記複数の構造体における前記第1元素の濃度よりも低い、構成1~13のいずれか1つに記載のウエーハ。
(Configuration 14)
an intermediate region provided between the plurality of structures and the portion of the first layer;
the intermediate region comprises Al, N and Si;
14. The wafer of any one of configurations 1 to 13, wherein the intermediate region does not contain the first element, or the concentration of the first element in the intermediate region is lower than the concentration of the first element in the plurality of structures.

(構成15)
前記中間領域は、炭素を含み、
前記第1層は炭素を含まない、または、前記第1層における炭素の濃度は、前記中間領域における炭素の濃度よりも低い、構成14に記載のウエーハ。
(Configuration 15)
the intermediate region comprises carbon;
15. The wafer of claim 14, wherein the first layer is carbon-free or the concentration of carbon in the first layer is lower than the concentration of carbon in the intermediate region.

(構成16)
前記中間領域は、炭素を含み、
前記複数の構造体は、炭素を含まない、または、前記複数の構造体における炭素の濃度は、前記中間領域における炭素の濃度よりも低い、構成14に記載のウエーハ。
(Configuration 16)
the intermediate region comprises carbon;
15. The wafer of claim 14, wherein the plurality of structures are carbon-free or the concentration of carbon in the plurality of structures is lower than the concentration of carbon in the intermediate region.

(構成17)
窒化物層をさらに備え、
前記第1層は前記シリコン基板と前記窒化物層との間に設けられ、
前記窒化物層は、Al及びGaよりなる群から選択された少なくとも1つと、窒素と、を含む、構成1~16のいずれか1つに記載のウエーハ。
(Configuration 17)
Further comprising a nitride layer;
the first layer is disposed between the silicon substrate and the nitride layer;
17. The wafer of any one of configurations 1 to 16, wherein the nitride layer contains at least one selected from the group consisting of Al and Ga, and nitrogen.

(構成18)
構成17に記載のウエーハと、
第1電極と、
第2電極と、
第3電極と、
を備え、
前記窒化物層は、
Alx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含む第1窒化物領域と、
Alx2Ga1-x2N(0<x2≦1、x1<x2)を含む第2窒化物領域と、
を含み、
前記第1窒化物領域は、前記第1層と前記第2窒化物領域との間に設けられ、
前記第1電極から前記第2電極への方向は、前記第1方向と交差する第2方向に沿い、
前記第3電極の前記第2方向における位置は、前記第1電極の前記第2方向における位置と、前記第2電極の前記第2方向における位置と、の間にあり、
前記第1窒化物領域は、第1部分領域、第2部分領域、第3部分領域、第4部分領域、及び、第5部分領域を含み、
前記第1部分領域から前記第1電極への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第2部分領域から前記第2電極への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第3部分領域は、前記第2方向において前記第1部分領域と前記第2部分領域との間にあり、前記第3部分領域から前記第3電極への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第4部分領域の前記第2方向における位置は、前記第1部分領域の前記第2方向における前記位置と、前記第3部分領域の前記第2方向における前記位置と、の間にあり、
前記第5部分領域の前記第2方向における位置は、前記第3部分領域の前記第2方向における位置と、前記第2部分領域の前記第2方向における前記位置と、の間にある、
前記第2窒化物領域は、第6部分領域及び第7部分領域を含み、
前記第4部分領域から前記第6部分領域への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第5部分領域から前記第7部分領域への方向は、前記第1方向に沿う、半導体装置。
(Configuration 18)
18. A wafer according to claim 17,
A first electrode;
A second electrode;
A third electrode;
Equipped with
The nitride layer is
a first nitride region including Al x1 Ga 1-x1 N (0≦x1<1);
a second nitride region comprising Al x2 Ga 1-x2 N (0<x2≦1, x1<x2);
Including,
the first nitride region is provided between the first layer and the second nitride region;
a direction from the first electrode to the second electrode is along a second direction intersecting the first direction;
a position of the third electrode in the second direction is between a position of the first electrode in the second direction and a position of the second electrode in the second direction,
the first nitride region includes a first partial region, a second partial region, a third partial region, a fourth partial region, and a fifth partial region;
A direction from the first partial region to the first electrode is along the first direction,
a direction from the second partial region to the second electrode is along the first direction;
the third partial region is between the first partial region and the second partial region in the second direction, and a direction from the third partial region to the third electrode is along the first direction;
a position of the fourth partial region in the second direction is between the position of the first partial region in the second direction and the position of the third partial region in the second direction,
a position of the fifth partial region in the second direction is between a position of the third partial region in the second direction and the position of the second partial region in the second direction;
the second nitride region includes a sixth sub-region and a seventh sub-region,
a direction from the fourth partial region to the sixth partial region is along the first direction;
A semiconductor device, wherein a direction from the fifth partial region to the seventh partial region is along the first direction.

(構成19)
絶縁部材をさらに備え、
前記絶縁部材の少なくとも一部は、前記窒化物層と前記第3電極との間に設けられた、構成18に記載の半導体装置。
(Configuration 19)
Further comprising an insulating member;
19. The semiconductor device of configuration 18, wherein at least a portion of the insulating member is provided between the nitride layer and the third electrode.

(構成20)
前記第3電極の少なくとも一部は、前記第2方向において、前記第6部分領域と前記第7部分領域との間にある、構成18または19に記載の半導体装置。
(Configuration 20)
20. The semiconductor device of structure 18 or 19, wherein at least a portion of the third electrode is between the sixth partial region and the seventh partial region in the second direction.

ウエーハ110において、高温から室温の低下させたときにおいて生じる引っ張り応力を低減できる。シリコン基板15の(111)面の格子定数は、0.384nmで良い。第1層17(AlN)のa軸の格子定数は、0.311nmで良い。NiSiの(111)面の格子定数は、0.382nmで良い。NiSiの格子定数は、シリコン基板15の格子定数と同等である。格子定数の値は、室温における値である。複数の構造体16は、例えば、Mn及びシリコンの化合物を含んで良い。 In the wafer 110, the tensile stress occurring when the temperature is lowered from a high temperature to room temperature can be reduced. The lattice constant of the (111) plane of the silicon substrate 15 may be 0.384 nm. The lattice constant of the a-axis of the first layer 17 (AlN) may be 0.311 nm. The lattice constant of the (111) plane of NiSi 2 may be 0.382 nm. The lattice constant of NiSi 2 is equal to the lattice constant of the silicon substrate 15. The values of the lattice constants are values at room temperature. The multiple structures 16 may include, for example, a compound of Mn and silicon.

複数の第1膜14aは、例えば、Alz1Ga1-z1N(0<z1≦1)を含む。組成比z1は、例えば、0.75以上1以下である。1つの例において、複数の第1膜14aは、AlN層である。複数の第2膜14bは、例えば、Alz2Ga1-21N(0≦z2<1、z2<z1)を含む。組成比z2は、例えば、0.05以上0.3以下である。1つの例において、複数の第2膜14bは、例えば、Al0.13Ga0.87N層である。 The plurality of first films 14a include, for example, Al z1 Ga 1-z1 N (0<z1≦1). The composition ratio z1 is, for example, 0.75 or more and 1 or less. In one example, the plurality of first films 14a are AlN layers. The plurality of second films 14b include, for example, Al z2 Ga 1-21 N (0≦z2<1, z2<z1). The composition ratio z2 is, for example, 0.05 or more and 0.3 or less. In one example, the plurality of second films 14b are, for example, Al 0.13 Ga 0.87 N layers.

実施形態によれば、特性の向上が可能なウエーハ及び半導体装置を提供できる。 According to the embodiment, it is possible to provide a wafer and a semiconductor device that can improve characteristics.

本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。 In this specification, "electrically connected" includes a state in which multiple conductors are physically in contact with each other and current flows between the multiple conductors. "Electrically connected" includes a state in which a conductor is inserted between multiple conductors and current flows between the multiple conductors.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、ウエーハに含まれる、基板、層及び構造体などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 Above, the embodiments of the present invention have been described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, the specific configurations of each element included in the wafer, such as the substrate, layers, and structures, are within the scope of the present invention as long as a person skilled in the art can implement the present invention in a similar manner and obtain similar effects by appropriately selecting from the known range.

また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。 In addition, any combination of two or more elements of each specific example, within the scope of technical feasibility, is also included in the scope of the present invention as long as it includes the gist of the present invention.

その他、本発明の実施の形態として上述したウエーハ及び半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのウエーハ及び半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, all wafers and semiconductor devices that can be implemented by a person skilled in the art through appropriate design modifications based on the wafers and semiconductor devices described above as embodiments of the present invention also fall within the scope of the present invention, so long as they include the gist of the present invention.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと解される。 In addition, within the scope of the concept of this invention, a person skilled in the art may conceive of various modifications and alterations, and these modifications and alterations are also considered to fall within the scope of this invention.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

10L:窒化物層、 11、12:第1、第2窒化物領域、 11a~11e:第1~第5部分領域、 12f、12g:第6、第7部分領域、 13:AlGaN層、 14:積層構造体、 14a、14b:第1、第2膜、 15:シリコン基板、 15a~15c:第1~第3シリコン領域、 15f:基板面、 16:構造体、 16L:構造体長、 16M :中間領域、 16f:構造体面、 16s :構造体側面、 17:第1層、 51~53:第1~第3電極、 61:絶縁部材、 61p:一部、 110:ウエーハ、 120、121:半導体装置、 C(B)、C1:濃度、 D1、D2:第1、第2方向、 P1~P5:第1~第5位置、 Q1、Q2:領域、 pZ:位置、 t16:構造体厚、 t17:第1層厚
10L: nitride layer, 11, 12: first and second nitride regions, 11a to 11e: first to fifth partial regions, 12f, 12g: sixth and seventh partial regions, 13: AlGaN layer, 14: stacked structure, 14a, 14b: first and second films, 15: silicon substrate, 15a to 15c: first to third silicon regions, 15f: substrate surface, 16: structure, 16L: structure length, 16M: intermediate region, 16f: structure surface, 16s: structure side surface, 17: first layer, 51 to 53: first to third electrodes, 61: insulating member, 61p: part, 110: wafer, 120, 121: semiconductor device, C(B), C1: concentration, D1, D2: first and second directions, P1 to P5: 1st to 5th positions, Q1, Q2: region, pZ: position, t16: structure thickness, t17: first layer thickness

Claims (20)

シリコン基板と、
アルミニウム及び窒素を含む第1層と、
前記シリコン基板から前記第1層への第1方向において前記シリコン基板の一部と前記第1層の一部との間に設けられた複数の構造体と、
を備え、
前記複数の構造体は、Ni、Cu、Cr、Mn、Fe及びCoよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1元素と、シリコンと、を含み、
前記第1層の別の一部は、前記シリコン基板の別の一部と接した、ウエーハ。
A silicon substrate;
a first layer comprising aluminum and nitrogen;
a plurality of structures provided between a portion of the silicon substrate and a portion of the first layer in a first direction from the silicon substrate to the first layer;
Equipped with
The plurality of structures include a first element including at least one selected from the group consisting of Ni, Cu, Cr, Mn, Fe, and Co, and silicon;
Another portion of the first layer contacts another portion of the silicon substrate.
前記シリコン基板は、第1シリコン領域、第2シリコン領域及び第3シリコン領域を含み、
前記第1方向において、前記複数の構造体は、前記第1シリコン領域と前記第1層との間に設けられ、
前記第1方向と交差する方向において、前記複数の構造体の1つは、前記第2シリコン領域と前記第3シリコン領域との間にある、請求項1に記載のウエーハ。
the silicon substrate includes a first silicon region, a second silicon region, and a third silicon region;
In the first direction, the plurality of structures are provided between the first silicon region and the first layer,
The wafer of claim 1 , wherein in a direction intersecting the first direction, one of the plurality of structures is between the second silicon region and the third silicon region.
前記第2シリコン領域は、前記第1層に対向する基板面を含み、
前記複数の構造体の前記1つは、前記第1層に対向する構造体面を含み、
前記基板面の前記第1方向における位置は、前記構造体面の前記第1方向における位置と一致する、請求項2に記載のウエーハ。
the second silicon region includes a substrate surface facing the first layer;
the one of the plurality of structures includes a structure surface facing the first layer;
The wafer according to claim 2 , wherein a position of the substrate surface in the first direction coincides with a position of the structure surface in the first direction.
複数の構造体の前記1つの前記第1方向に沿う構造体厚は、前記第1層の前記第1方向に沿う第1層厚よりも薄い、請求項2に記載のウエーハ。 The wafer of claim 2, wherein the structure thickness of one of the plurality of structures along the first direction is thinner than the first layer thickness of the first layer along the first direction. 前記構造体厚は、5nm以上30nm以下である、請求項4に記載のウエーハ。 The wafer according to claim 4, wherein the structure thickness is 5 nm or more and 30 nm or less. 前記第1方向に対して垂直な方向における複数の構造体の前記1つの構造体長は200nm以上5000nm以下である、請求項2に記載のウエーハ。 The wafer according to claim 2, wherein the length of one of the structures in a direction perpendicular to the first direction is 200 nm or more and 5000 nm or less. 前記第1方向に対して垂直な平面における前記複数の構造体の密度は、2×10/cm以上2×10/cm以下である、請求項2に記載のウエーハ。 The wafer according to claim 2 , wherein a density of the plurality of structures in a plane perpendicular to the first direction is not less than 2×10 3 /cm 2 and not more than 2×10 5 /cm 2 . 前記複数の構造体の前記1つは、前記第2シリコン領域と対向する構造体側面を含み、
前記構造体側面は、前記第1方向に対して傾斜した、請求項2~7のいずれか1つに記載のウエーハ。
the one of the plurality of structures includes a structure side facing the second silicon region;
8. The wafer according to claim 2, wherein the side surface of the structure is inclined with respect to the first direction.
前記複数の構造体の前記1つは、前記第2シリコン領域と対向する構造体側面を含み、
前記構造体側面は、前記シリコン基板の結晶面に沿う、請求項2~7のいずれか1つに記載のウエーハ。
the one of the plurality of structures includes a structure side facing the second silicon region;
8. The wafer according to claim 2, wherein the side surface of the structure is aligned along a crystal plane of the silicon substrate.
前記構造体側面は、前記シリコン基板の(111)面に沿う、請求項9に記載のウエーハ。 The wafer according to claim 9, wherein the side surface of the structure is aligned along the (111) surface of the silicon substrate. 前記複数の構造体は、結晶を含む、請求項1に記載のウエーハ。 The wafer of claim 1, wherein the plurality of structures includes crystals. 前記複数の構造体は、島状である、請求項1に記載のウエーハ。 The wafer of claim 1, wherein the plurality of structures are island-shaped. 前記複数の構造体は、Ni及びシリコンを含む化合物を含む、請求項1に記載のウエーハ。 The wafer of claim 1, wherein the plurality of structures includes a compound containing Ni and silicon. 前記複数の構造体と、前記第1層の前記一部と、の間に設けられた中間領域をさらに備え、
前記中間領域は、Al、N及びSiを含み、
前記中間領域は、前記第1元素を含まない、または、前記中間領域における前記第1元素の濃度は、前記複数の構造体における前記第1元素の濃度よりも低い、請求項1に記載のウエーハ。
an intermediate region provided between the plurality of structures and the portion of the first layer;
the intermediate region comprises Al, N and Si;
The wafer according to claim 1 , wherein the intermediate region does not contain the first element, or the concentration of the first element in the intermediate region is lower than the concentration of the first element in the plurality of structures.
前記中間領域は、炭素を含み、
前記第1層は炭素を含まない、または、前記第1層における炭素の濃度は、前記中間領域における炭素の濃度よりも低い、請求項14に記載のウエーハ。
the intermediate region comprises carbon;
15. The wafer of claim 14, wherein the first layer is carbon-free or the concentration of carbon in the first layer is lower than the concentration of carbon in the intermediate region.
前記中間領域は、炭素を含み、
前記複数の構造体は、炭素を含まない、または、前記複数の構造体における炭素の濃度は、前記中間領域における炭素の濃度よりも低い、請求項14に記載のウエーハ。
the intermediate region comprises carbon;
The wafer of claim 14 , wherein the plurality of structures does not contain carbon, or the concentration of carbon in the plurality of structures is lower than the concentration of carbon in the intermediate region.
窒化物層をさらに備え、
前記第1層は前記シリコン基板と前記窒化物層との間に設けられ、
前記窒化物層は、Al及びGaよりなる群から選択された少なくとも1つと、窒素と、を含む、請求項1に記載のウエーハ。
Further comprising a nitride layer;
the first layer is disposed between the silicon substrate and the nitride layer;
The wafer of claim 1 , wherein the nitride layer comprises at least one selected from the group consisting of Al and Ga, and nitrogen.
請求項17に記載のウエーハと、
第1電極と、
第2電極と、
第3電極と、
を備え、
前記窒化物層は、
Alx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含む第1窒化物領域と、
Alx2Ga1-x2N(0<x2≦1、x1<x2)を含む第2窒化物領域と、
を含み、
前記第1窒化物領域は、前記第1層と前記第2窒化物領域との間に設けられ、
前記第1電極から前記第2電極への方向は、前記第1方向と交差する第2方向に沿い、
前記第3電極の前記第2方向における位置は、前記第1電極の前記第2方向における位置と、前記第2電極の前記第2方向における位置と、の間にあり、
前記第1窒化物領域は、第1部分領域、第2部分領域、第3部分領域、第4部分領域、及び、第5部分領域を含み、
前記第1部分領域から前記第1電極への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第2部分領域から前記第2電極への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第3部分領域は、前記第2方向において前記第1部分領域と前記第2部分領域との間にあり、前記第3部分領域から前記第3電極への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第4部分領域の前記第2方向における位置は、前記第1部分領域の前記第2方向における前記位置と、前記第3部分領域の前記第2方向における前記位置と、の間にあり、
前記第5部分領域の前記第2方向における位置は、前記第3部分領域の前記第2方向における位置と、前記第2部分領域の前記第2方向における前記位置と、の間にある、
前記第2窒化物領域は、第6部分領域及び第7部分領域を含み、
前記第4部分領域から前記第6部分領域への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第5部分領域から前記第7部分領域への方向は、前記第1方向に沿う、半導体装置。
A wafer according to claim 17;
A first electrode;
A second electrode;
A third electrode;
Equipped with
The nitride layer is
a first nitride region including Al x1 Ga 1-x1 N (0≦x1<1);
a second nitride region comprising Al x2 Ga 1-x2 N (0<x2≦1, x1<x2);
Including,
the first nitride region is provided between the first layer and the second nitride region;
a direction from the first electrode to the second electrode is along a second direction intersecting the first direction;
a position of the third electrode in the second direction is between a position of the first electrode in the second direction and a position of the second electrode in the second direction,
the first nitride region includes a first partial region, a second partial region, a third partial region, a fourth partial region, and a fifth partial region;
A direction from the first partial region to the first electrode is along the first direction,
a direction from the second partial region to the second electrode is along the first direction;
the third partial region is between the first partial region and the second partial region in the second direction, and a direction from the third partial region to the third electrode is along the first direction;
a position of the fourth partial region in the second direction is between the position of the first partial region in the second direction and the position of the third partial region in the second direction,
a position of the fifth partial region in the second direction is between a position of the third partial region in the second direction and the position of the second partial region in the second direction;
the second nitride region includes a sixth sub-region and a seventh sub-region,
a direction from the fourth partial region to the sixth partial region is along the first direction;
A semiconductor device, wherein a direction from the fifth partial region to the seventh partial region is along the first direction.
絶縁部材をさらに備え、
前記絶縁部材の少なくとも一部は、前記窒化物層と前記第3電極との間に設けられた、請求項18に記載の半導体装置。
Further comprising an insulating member;
The semiconductor device according to claim 18 , wherein at least a portion of the insulating member is provided between the nitride layer and the third electrode.
前記第3電極の少なくとも一部は、前記第2方向において、前記第6部分領域と前記第7部分領域との間にある、請求項18に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 18, wherein at least a portion of the third electrode is between the sixth partial region and the seventh partial region in the second direction.
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