JP6649208B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

Ｓｉ（シリコン）を用いたパワーデバイスにおいては、Ｓｉの限界近傍の低オン抵抗が実現されている。さらに耐圧を向上し、またオン抵抗を低減するためには、パワーデバイスに用いられる材料の変更が好ましい。

ＧａＮやＡｌＧａＮなどの窒化物半導体を用いることで、半導体材料で決まるトレードオフの関係を改善出来るため、パワーデバイスの飛躍的な高耐圧化やオン抵抗の低減が可能である。

特許第５７４９５８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、高い閾値電圧を有する半導体装置を提供することである。

実施形態の半導体装置は、第１の電極と、第２の電極と、ｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含む第３の電極と、第１の電極と第２の電極の間に配置された窒化物半導体層と、第３の電極と窒化物半導体層の間に配置された第１の絶縁層と、窒化物半導体層内に配置され、少なくとも一部は第１の電極と接する第１導電型の第１の窒化物半導体領域と、窒化物半導体層内に配置され、少なくとも一部は第１の窒化物半導体領域と接し、少なくとも一部は第１の絶縁層と接する第２導電型の第２の窒化物半導体領域と、窒化物半導体層内に配置され、第１の窒化物半導体領域との間に第２の窒化物半導体領域を挟み、少なくとも一部は第１の絶縁層と接する第１導電型の第３の窒化物半導体領域と、を備える。

第１の実施形態の半導体装置の模式断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。 第２の実施形態の半導体装置の模式断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の模式断面図である。 第３の実施形態の他の態様の半導体装置の模式断面図である。 第３の実施形態の他の態様の半導体装置の模式断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略することがある。

本明細書中、「窒化物半導体」とは、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）及びそれらの中間組成を備える半導体の総称である。

本明細書中、「アンドープ」とは、不純物濃度が１×１０^１６ｃｍ^−３以下であることを意味する。また、フェルミレベルとは、電子の存在確率が１／２になるエネルギーレベルのことである。

本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。以下に説明する実施形態は、以下に図示または説明された向きとは異なる向きで実施可能である。

（第１の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、窒化物半導体層と、窒化物半導体層上に配置された第１の電極と、窒化物半導体層上に配置された第２の電極と、第１の電極と第２の電極の間の窒化物半導体層上に配置されｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含む第３の電極と、窒化物半導体層と第３の電極の間に配置された第１の絶縁層と、を備える。

図１は、本実施形態の半導体装置１００の模式断面図である。本実施形態の半導体装置は、窒化物半導体を用いたＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

半導体装置１００は、基板１０と、第３の半導体層１２と、窒化物半導体層１４と、第１の絶縁層３０と、ソース電極（第１の電極）４０と、第１のゲート電極（第３の電極）５０と、ドレイン電極（第２の電極）６０と、を備える。

基板１０としては、例えばシリコン（Ｓｉ）基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板又はサファイヤ（Ａｌ_２Ｏ_３）基板が好ましく用いられる。

窒化物半導体層１４は、基板１０上に配置されている。言い換えると、基板１０は、窒化物半導体層１４の、第１の絶縁層３０と反対側に配置されている。

窒化物半導体層１４は、第１の半導体層１４ａと、第１の半導体層１４ａ上に配置され第１の半導体層１４ａよりバンドギャップの大きい第２の半導体層１４ｂと、を有することが、移動度の高いＨＥＭＴ構造のトランジスタとなるため好ましい。

第１の半導体層１４ａは、例えば、アンドープのＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）である。より具体的には、例えば、アンドープのＧａＮである。第１の半導体層１４ａの膜厚は、例えば、０．５μｍ以上３μｍ以下である。

第２の半導体層１４ｂは、例えば、アンドープのＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）である。より具体的には、例えば、アンドープのＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎである。第２の半導体層１４ｂの膜厚は、例えば、１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。

第１の半導体層１４ａと第２の半導体層１４ｂの間にはヘテロ接合界面が形成される。半導体装置１００のオン動作時は、ヘテロ接合界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成されキャリアとなる。

第３の半導体層１２は、基板１０と窒化物半導体層１４（第１の半導体層１４ａ）の間に配置されている。第３の半導体層１２はバッファ層であり、基板１０と窒化物半導体層１４の間の格子不整合を緩和する機能を備える。第３の半導体層１２は、例えば窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_ＷＧａ_１−ＷＮ（０＜Ｗ＜１））の多層構造を有する。

ソース電極４０は、窒化物半導体層１４（第２の半導体層１４ｂ）上に配置されている。ドレイン電極６０は、窒化物半導体層１４上に配置されている。ソース電極４０とドレイン電極６０は、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造を有する金属電極である。

ソース電極４０及びドレイン電極６０と、窒化物半導体層１４は、オーミック接合されていることが好ましい。ソース電極４０とドレイン電極６０の距離は、例えば５μｍ以上３０μｍ以下である。

第１のゲート電極５０は、ソース電極４０とドレイン電極６０の間の窒化物半導体層１４上に配置されている。

第１のゲート電極５０は、ｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含む。

第１のゲート電極５０のｐ型不純物濃度は、半導体装置１００の閾値電圧を高くするため１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であることが好ましく、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であることがより好ましい。

第１のゲート電極５０に用いられるｐ型不純物は、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｃ（カーボン）又はＺｎ（亜鉛）である。

第１のゲート電極５０に用いられる多結晶窒化物半導体の組成は次式で示されるものであることが好ましい。
（化１）
Ｉｎ_ｘＡｌ_ＹＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ （１）
ここで、ｘ、ｙは、それぞれ０≦ｘ＋ｙ＜０．５、０≦ｘ及び０≦ｙを満たす値である。

第１のゲート電極５０のｐ型不純物濃度と、第１のゲート電極５０の膜厚の積は、２次元電子ガス濃度より大きいことが好ましい。すなわち、（第１のゲート電極５０のｐ型不純物濃度）×（第１のゲート電極５０の膜厚）＞（２次元電子ガス濃度）であることが好ましい。

半導体装置１００の２次元電子ガス濃度は、ホール測定により求めることが出来る。

第１のゲート電極５０の膜厚は、１００ｎｍ以下であることが好ましい。

ソース電極４０とゲート電極６０の間において、第１の絶縁層３０と第１の半導体層１４ａの距離は一定であることが好ましい。

第１の絶縁層３０は、窒化物半導体層１４と第１のゲート電極５０の間に配置されている。本実施形態においては、第１の絶縁層３０は、ソース電極４０とドレイン電極６０の間の窒化物半導体層１４上に配置されている。また、第１のゲート電極５０は、第１の絶縁層３０上に配置されている。

第１の絶縁層３０は、ゲート絶縁層である。第１の絶縁層は、例えばＳｉＯ_２（二酸化珪素）等のシリコン酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）等のアルミニウム酸化物、ＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）等のハフニウム酸化物、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）等のシリコン窒化物、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等のアルミニウム窒化物、Ｌａ_２Ｏ_３（酸化ランタン）等のランタン酸化物を含む。

より好ましくは、第１の絶縁層３０は、窒化物系絶縁物を含む。窒化物系絶縁物とは、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）等のシリコン窒化物、又はＡｌＮ（窒化アルミニウム）等のアルミニウム窒化物である。また、上記窒化物系絶縁物の、窒化物半導体層１４に接する部分は、単結晶であることが好ましい。また、単結晶である部分の膜厚は１０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、上述の単結晶である部分の上に、多結晶またはアモルファスの窒化物系絶縁物が配置されていてもよい。

単結晶であることは、分光エリプソメトリや、ＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）や、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｏｐｅ：透過型電子顕微鏡）により半導体装置１００の断面写真を用いて格子像を観察すること等により評価することが出来る。

次に、本実施形態の半導体装置１００の製造方法を説明する。図２は、本実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置の模式図である。

本実施形態の半導体装置１００の製造方法は、基板１０上に第３の半導体層１２を形成し、第３の半導体層１２上に第１の半導体層１４ａを形成し、第１の半導体層１４ａに第２の半導体層１４ｂを形成し、第２の半導体層１４ｂ上に第１の絶縁層３０を形成し、第１の絶縁層３０上に第１のゲート電極５０を形成し、第２の半導体層１４ｂ上にソース電極４０を形成し、第２の半導体層１４ｂ上にドレイン電極６０を形成する。

まず、基板１０上に、エピタキシャル成長法により、第３の半導体層１２を形成する。

次に、第３の半導体層１２上に、エピタキシャル成長法により、第１の半導体層１４ａを形成する。次に、第１の半導体層１４ａ上に、エピタキシャル成長法により、第２の半導体層１４ｂを形成する。このようにして、第３の半導体層１２上に、窒化物半導体層１４を形成する。

次に、第２の半導体層１４ｂ上に、第１の絶縁層３０を形成する（図２（ａ））。ここで第１の絶縁層３０を形成する方法としては、スパッタリング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）といった方法や、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：原子層堆積法）、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシー法）等のエピタキシャル成長法を用いることが出来る。

次に、第１の絶縁層３０上に第１のゲート電極５０を形成する（図２（ｂ））。

次に、第１の絶縁層３０の一部をフォトリソグラフィーとエッチングにより除去し、第２の半導体層１４ｂの一部を露出させる。次に、露出された第２の半導体層１４ｂの一部の上に、ソース電極４０とドレイン電極６０を、第１のゲート電極５０がソース電極４０とドレイン電極６０の間に配置されるように形成し（図２（ｃ））、本実施形態の半導体装置１００を得る。

次に、本実施形態の半導体装置１００の作用効果を記載する。

本実施形態の半導体装置１００の如く、ｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含むゲート電極を備えることにより、この電極が仕事関数の大きなゲート電極となるため、高い閾値電圧を有する半導体装置を提供することが出来る。

以下、作用効果についてさらに詳細に説明する。

通常、ゲート電極には、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の積層構造等を有する金属材料が用いられる。高い閾値電圧を有するノーマリーオフの半導体装置を提供するためには、仕事関数の大きなゲート電極を用い、ゲート電極の仕事関数と半導体装置に用いられる半導体材料の仕事関数の差を大きくする必要がある。しかし、一般に金属材料を用いたゲート電極では、かかる仕事関数の差を大きくすることは難しかった。

窒化物半導体をはじめとするワイドバンドギャップ半導体は、仕事関数の大きな半導体である。そして、窒化物半導体を多結晶としてｐ型不純物をドープすることにより、電気伝導性を得つつフェルミレベルを低くすることが出来るため、ゲート電極に好ましい、仕事関数が大きくかつ電気伝導性を有した材料を得ることが出来る。

ここで、ゲート絶縁層がスパッタリングやＣＶＤにより形成された層である場合、上述のゲート絶縁層はアモルファス又は多結晶となる。このようなゲート絶縁層の上に単結晶窒化物半導体を含む第１のゲート電極５０を設けることは難しい。

しかし、窒化物半導体が多結晶であれば、ゲート絶縁層がアモルファス、多結晶、単結晶であるかを問わず、容易に上述のゲート絶縁層上に設けることが出来る。

なお、ｎ型不純物がドープされた窒化物半導体の仕事関数は、金属材料の仕事関数とあまり変わらない。そのため、ｎ型不純物がドープされた窒化物半導体は仕事関数の大きなゲート電極としては好ましくない。

十分に電気伝導性を得つつフェルミレベルを低くして、半導体装置１００の閾値電圧を高くするためには、ｐ型不純物の濃度は１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であることが好ましく、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であればさらに好ましい。

マグネシウム、ベリリウム、炭素又は亜鉛は、いずれも窒化物半導体のｐ型不純物として好ましく用いられる。

第１のゲート電極５０に用いられる多結晶窒化物半導体の組成は次式で示されるものであることが好ましい。
（化１）
Ｉｎ_ｘＡｌ_ＹＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ （１）
ここで、ｘ、ｙは、それぞれ０≦ｘ＋ｙ＜０．５、０≦ｘ及び０≦ｙを満たす値である。

すなわち、インジウム及びアルミニウムよりもガリウムを多く含む多結晶窒化物半導体が、第１のゲート電極５０に好ましく用いられる。ガリウムを多く含む窒化物半導体は、結晶成長及びｐ型化が容易であるため、高い電気伝導性を有する電極を得ること及び高い閾値電圧を得ることが容易になる。

一般に、窒化物半導体層１４の形成にはＭＯＣＶＤが好ましく用いられる。第１の絶縁層３０が窒化物系絶縁物を含む場合は、同一の装置内において、窒化物半導体層１４の形成に引き続いて第１の絶縁層３０及び第１のゲート電極５０を形成することが出来る。

窒化アルミニウム又は窒化ケイ素は、半導体装置の信頼性向上の観点から、第１の絶縁層３０の窒化物系絶縁物として好ましく用いられる。

第１の絶縁層３０の、窒化物半導体層１４に接する部分が単結晶の窒化物系絶縁物を含むことは、第１の絶縁層３０と窒化物半導体層１４の間の界面準位密度を低下させて信頼性の高い半導体装置を提供する上で好ましい。

また、上述の単結晶の窒化物系絶縁物を形成することが可能な膜厚は、最大で１０ｎｍである。そのため、上述の単結晶の窒化物系絶縁物の膜厚は１０ｎｍ以下であることが好ましい。

ソース電極４０とドレイン電極６０の間において、第１の絶縁層３０と第１の半導体層１４ａの距離は一定であることが好ましい。言い換えると、窒化物半導体層１４はトレンチ構造やリセス構造を有しないことが好ましい。

窒化物半導体を用いてノーマリーオフの半導体装置を得る手段の一つとして、窒化物半導体が有する分極を抑制する手段が挙げられる。窒化物半導体層の一部にトレンチ構造やリセス構造を設けることにより、分極を抑制することは可能である。

しかし、上述のトレンチ構造やリセス構造を作製するために窒化物半導体のエッチングを行うと、大きなダメージが窒化物半導体に加わるため、第１の絶縁層３０との界面に多くの不純物準位が形成されてしまうという問題があった。

本実施形態の半導体装置１００は、上述の通りｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含む第１のゲート電極５０を用いて、ノーマリーオフの半導体装置を得ようとするものである。そのため、第１の絶縁層３０との界面に多くの不純物準位が形成されない、第１の絶縁層３０と第１の半導体層１４ａの距離を一定とした半導体装置１００を得ることが出来る。

第１のゲート電極５０の膜厚は１００ｎｍ以下であることが好ましい。第１のゲート電極５０の膜厚が大きすぎる場合、第１のゲート電極５０の抵抗が高くなりすぎるためである。

以上のように、本実施形態の半導体装置によれば、高い閾値電圧を有する半導体装置の提供が可能になる。

（第２の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、第１のゲート電極５０上に配置された、金属を含む第２のゲート電極（第４の電極）５２をさらに備える点で、第１の実施形態の半導体装置と異なっている。ここで、第１の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

図３は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。図３（ａ）は本実施形態の半導体装置２００の模式断面図である。図３（ｂ）は、本実施形態の別態様の半導体装置３００の模式断面図である。

第１のゲート電極５０に用いられるｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体の抵抗は、金属の抵抗に比べると高い。そのため、特に半導体装置が電力のスイッチング等に用いられる場合は、第１のゲート電極５０に接触された端子との接触部分で信号の遅れ等が生じやすい。

第２のゲート電極５２をさらに設けることにより、上述の信号の遅れを抑制することが出来る。ここで第２のゲート電極５２としては、ＴｉとＡｌの積層構造、Ａｌ、Ｃｕ（銅）、ＴｉＮ（窒化チタン）等、公知の金属材料をいずれも好ましく用いることが出来る。

図３（ｂ）の半導体装置３００においては、ソース電極４０と第１のゲート電極５０の間及びドレイン電極６０と第１のゲート電極５０の間に第１の絶縁層３０が配置されていない。このような半導体装置３００においても、半導体装置２００と同様の効果を得ることが出来る。

ここでソース電極４０と第１のゲート電極５０の間及びドレイン電極６０と第１のゲート電極５０の間の第１の絶縁層３０は、例えばエッチング等で除去する。ただし、上述のエッチングにより窒化物半導体層１４に損傷が生じる場合には、電流コラプス等が発生しやすくなるおそれがある。

以上のように、本実施形態の半導体装置によれば、高い閾値電圧を有する半導体装置の提供が可能になる。

（第３の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、第１の電極と、第２の電極と、ｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含む第３の電極と、第１の電極と第２の電極の間及び第２の電極と第３の電極の間に配置された窒化物半導体層と、第３の電極と窒化物半導体層の間に配置された第１の絶縁層と、窒化物半導体層内に配置され、少なくとも一部は第１の電極と接する第１導電型の第１の窒化物半導体領域と、窒化物半導体層内に配置され、少なくとも一部は第１の窒化物半導体領域と接し、少なくとも一部は第１の絶縁層と接する第２導電型の第２の窒化物半導体領域と、窒化物半導体層内に配置され、第１の窒化物半導体領域との間に第２の窒化物半導体領域を挟み、少なくとも一部は第１の絶縁層と接する第１導電型の第３の窒化物半導体領域と、を備える。

本実施形態の半導体装置は、縦型のＤＩ ＭＯＳＦＥＴ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。ここで、第１の実施形態及び第２の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

本実施形態においては、第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型である場合を例に説明する。また、以下の説明において、ｎ^＋、ｎ、ｎ⁻および、ｐ^＋、ｐ、ｐ⁻の表記は、各導電型における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわちｎ^＋はｎよりもｎ型の不純物濃度が相対的に高く、ｎ⁻はｎよりもｎ型の不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、ｐ^＋はｐよりもｐ型の不純物濃度が相対的に高く、ｐ⁻はｐよりもｐ型の不純物濃度が相対的に低いことを示す。なお、ｎ^＋型、ｎ⁻型を単にｎ型、ｐ^＋型、ｐ⁻型を単にｐ型と記載する場合もある。

本実施形態の記載において「接する」とは、直接接する場合と、中間層等を介して間接的に接する場合と、を含む。

図４は、本実施形態の半導体装置４００の模式断面図である。

半導体装置４００は、基板１０と、第１の絶縁層（ゲート絶縁層）３０と、第２の絶縁層３２と、ソース電極（第１の電極）４０と、第１のゲート電極（第３の電極）５０と、第２のゲート電極（第４の電極）５２と、ドレイン電極（第２の電極）６０と、窒化物半導体層７０と、第１導電型の第１の窒化物半導体領域７６と、第２導電型の第２の窒化物半導体領域７８と、第１導電型の第３の窒化物半導体領域８０と、第１導電型の第４の窒化物半導体領域８２と、第５の窒化物半導体領域８４と、を備える。

ソース電極４０は２個配置されている。第１のゲート電極５０は２個のソース電極４０の間に配置されている。

窒化物半導体層７０は、ソース電極４０とドレイン電極６０の間及びドレイン電極６０の間と第１のゲート電極５０の間に配置されている。ソース電極４０は、窒化物半導体層７０と接している。

第１の絶縁層３０は、第１のゲート電極５０と窒化物半導体層７０の間に配置されている。第１の絶縁層３０は、ゲート絶縁層である。

第１のゲート電極５０は、第１の絶縁層３０上に配置されている。第１のゲート電極５０は、ｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含む。

第２のゲート電極５２は、第１のゲート電極５０上に配置されている。

第２の絶縁層３２は、第１の絶縁層３０上のソース電極４０と第１のゲート電極５０の間及び第１の絶縁層３０上のソース電極４０と第２のゲート電極５２の間及び第２のゲート電極５２上に設けられている。第２の絶縁層３２は、ソース電極４０と第１のゲート電極５０及び第２のゲート電極５２の間を電気的に絶縁する。

ｎ^＋型の第１の窒化物半導体領域７６は、窒化物半導体層７０内に配置されており、少なくとも一部はソース電極４０と接している。第１の窒化物半導体領域７６は、ソース領域である。ここでｎ型不純物は、例えばＳｉ又はＧｅ（ゲルマニウム）である。

ｐ型の第２の窒化物半導体領域７８は、窒化物半導体層７０内に配置されている。少なくとも第２の窒化物半導体領域７８の一部は、第１の窒化物半導体領域７６と接している。少なくとも第２の窒化物半導体領域７８の一部は、第１の絶縁層３０と接している。第２の窒化物半導体領域７８は、ウェル領域である。

ｎ⁻型の第３の窒化物半導体領域８０は、窒化物半導体層７０内に配置されている。第３の窒化物半導体領域８０は、第１の窒化物半導体領域７６との間に第２の窒化物半導体領域７８を挟んでいる。少なくとも第３の窒化物半導体領域８０の一部は、第１の絶縁層３０と接している。第３の窒化物半導体領域８０は、ドリフト領域である。

基板１０は、ドレイン電極６０と窒化物半導体層７０の間に設けられている。

ｎ型の第４の窒化物半導体領域８２は、窒化物半導体層７０内の、第３の窒化物半導体領域８０と基板１０の間に配置されている。第４の窒化物半導体領域８２は、ドレイン領域である。

第５の窒化物半導体領域８４は、窒化物半導体層７０内の、第４の窒化物半導体領域８２と基板１０の間に配置されている。第５の窒化物半導体領域８４は、バッファ層である。

図５は、本実施形態の別態様の半導体装置５００の模式断面図である。

本実施形態の半導体装置は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極の間に配置された第１導電型の第１の窒化物半導体領域と、第１の窒化物半導体領域と第２の電極の間に配置された第２導電型の第２の窒化物半導体領域と、第２の窒化物半導体領域と第２の電極の間に配置された第１導電型の第３の窒化物半導体領域と、第３の窒化物半導体領域と第２の電極の間に配置された第１導電型の第４の窒化物半導体領域と、第４の窒化物半導体領域と第２の電極の間に配置された第５の窒化物半導体領域と、第５の窒化物半導体領域と第２の電極の間に配置された基板と、第１の窒化物半導体領域、第２の窒化物半導体領域及び第３の窒化物半導体領域に第１の絶縁層を介して配置されたｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含む第１のゲート電極と、を備える。

本実施形態の半導体装置５００は、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

図６は、本実施形態の別態様の半導体装置６００の模式断面図である。半導体装置６００は、第１のゲート電極５０内に配置された金属を含む第２のゲート電極５２をさらに備える点で、半導体装置５００と異なっている。

本実施形態の半導体装置４００においても、高い閾値電圧を有する半導体装置の提供が可能になる。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の半導体装置によれば、窒化物半導体層と、窒化物半導体層上に配置された第１の電極と、窒化物半導体層上に配置された第２の電極と、第１の電極と第２の電極の間の窒化物半導体層上に配置されｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含む第３の電極と、窒化物半導体層と第３の電極の間に配置された第１の絶縁層と、を備えることにより、高い閾値電圧を有する半導体装置の提供が可能になる。

本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、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及び実施例は、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、変更を行うことが出来る。これら実施形態や実施例及びその変形は、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。

１０ 基板
１２ 第３の半導体層（バッファ層）
１４ 窒化物半導体層
１４ａ 第１の半導体層
１４ｂ 第２の半導体層
３０ 第１の絶縁層（ゲート絶縁層）
３２ 第２の絶縁層
４０ ソース電極（第１の電極）
５０ 第１のゲート電極（第３の電極）
５２ 第２のゲート電極（第４の電極）
６０ ドレイン電極（第２の電極）
７０ 窒化物半導体層
７６ 第１導電型の第１の窒化物半導体領域
７８ 第２導電型の第２の窒化物半導体領域
８０ 第１導電型の第３の窒化物半導体領域
８２ 第１導電型の第４の窒化物半導体領域
８４ 第５の窒化物半導体領域
１００ 半導体装置
２００ 半導体装置
３００ 半導体装置
４００ 半導体装置
５００ 半導体装置
６００ 半導体装置

Claims (16)

1. 第１の電極と、
   第２の電極と、
   ｐ型不純物を有する多結晶窒化物半導体を含む第３の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置された窒化物半導体層と、
   前記第３の電極と前記窒化物半導体層の間に配置された第１の絶縁層と、
   前記窒化物半導体層内に配置され、少なくとも一部は前記第１の電極と接する第１導電型の第１の窒化物半導体領域と、
   前記窒化物半導体層内に配置され、少なくとも一部は前記第１の窒化物半導体領域と接し、少なくとも一部は前記第１の絶縁層と接する第２導電型の第２の窒化物半導体領域と、
   前記窒化物半導体層内に配置され、前記第１の窒化物半導体領域との間に前記第２の窒化物半導体領域を挟み、少なくとも一部は前記第１の絶縁層と接する第１導電型の第３の窒化物半導体領域と、
   を備える半導体装置。
2. 前記窒化物半導体層は、前記第２の電極と前記第３の電極の間に配置される、
   請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第２の電極の上に前記窒化物半導体層が配置され、
   前記窒化物半導体層の上に前記第１の電極及び前記第３の電極が配置された、
   請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
4. 前記第３の電極の上に配置された、金属を含む第４の電極をさらに備える請求項３記載の半導体装置。
5. 前記窒化物半導体層は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有し、
   前記窒化物半導体層は、前記第１の面の側に配置された前記第１の電極と前記第２の面の側に配置された前記第２の電極の間に配置され、
   前記半導体装置は、前記第１の面の側に配置され前記第２の面の側に延びるトレンチをさらに備え、
   前記第３の電極は前記トレンチの中に配置され、
   前記第１の絶縁層は前記トレンチの中において前記第３の電極と前記窒化物半導体層の間に配置された、
   請求項１記載の半導体装置。
6. 前記第３の電極の中に配置された、金属を含む第４の電極をさらに備える請求項５記載の半導体装置。
7. 前記ｐ型不純物の濃度は１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である請求項１乃至請求項６いずれか一項記載の半導体装置。
8. 前記ｐ型不純物はマグネシウム、ベリリウム、炭素又は亜鉛である請求項１乃至請求項７いずれか一項記載の半導体装置。
9. 前記多結晶窒化物半導体の組成は次式で示されるものである請求項１乃至請求項８いずれか一項記載の半導体装置。
   （化１）
   Ｉｎ_ｘＡｌ_ＹＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ （１）
   ここで、ｘ、ｙは、それぞれ０≦ｘ＋ｙ＜０．５、０≦ｘ及び０≦ｙを満たす値である。
10. 前記第１の絶縁層は窒化物系絶縁物を含む請求項１乃至請求項９いずれか一項記載の半導体装置。
11. 前記窒化物系絶縁物は窒化アルミニウム又は窒化ケイ素である請求項１０記載の半導体装置。
12. 前記第１の絶縁層の、前記窒化物半導体層に接する部分は単結晶の前記窒化物系絶縁物を含む請求項１０又は請求項１１記載の半導体装置。
13. 前記単結晶の前記窒化物系絶縁物の膜厚は１０ｎｍ以下である請求項１２記載の半導体装置。
14. 前記第３の電極の膜厚は１００ｎｍ以下である請求項１乃至請求項１３いずれか一項記載の半導体装置。
15. 基板をさらに備え、前記窒化物半導体層は前記基板と前記第１の絶縁層の間に配置される請求項１乃至請求項１４いずれか一項記載の半導体装置。
16. 前記窒化物半導体層と前記基板の間に配置された第１の半導体層をさらに備える請求項１５記載の半導体装置。

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