半导体装置

相关申请

本申请享受以日本专利申请2020-23030号(申请日：2020年2月14日)为基础申请的优先权。本申请通过参考该基础申请包括基础申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及半导体装置。

背景技术

作为下一代的功率半导体器件用的材料，期待III族氮化物，例如GaN(氮化镓)系半导体。GaN系半导体具有比Si(硅)大的带隙。因此，GaN系半导体器件与Si(硅)半导体器件相比，能够实现小型且高耐压的功率半导体器件。另外，由此能够减小寄生电容，因此能够实现高速驱动的功率半导体器件。

发明内容

本发明的实施方式提供一种低电阻的半导体装置。

实施方式的半导体装置具备：第1氮化物半导体层；第2氮化物半导体层，设置于第1氮化物半导体层之上，带隙比第1氮化物半导体层大；氮化物绝缘层，设置于第1氮化物半导体层与第2氮化物半导体层间；多个第1漏极电极，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之上，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之下，在与第1氮化物半导体层与氮化物绝缘层的界面平行的第1方向上分别隔开第1长度而设置；多个第2漏极电极，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之上，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之下，在第1方向上分别隔开第2长度而设置，在第1方向上从多个第1漏极电极分别偏移第3长度而设置，在与第1方向交叉且与界面平行的第2方向上分别从多个第1漏极电极偏移第4长度而设置，与多个第1漏极电极分别电连接；多个第3漏极电极，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之上，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之下，在第1方向上分别隔开第5长度而设置，在第2方向上与多个第1漏极电极及多个第2漏极电极分别隔开而设置；多个第4漏极电极，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之上，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之下，在第1方向上分别隔开第6长度而设置，在第1方向上分别从多个第3漏极电极偏移第7长度而设置，在第2方向上从多个第3漏极电极偏移第8长度，从多个第1漏极电极和多个第2漏极电极分别隔开而设置，与多个第3漏极电极分别电连接；多个第1源极电极，设置于多个第1漏极电极的各个第1漏极电极和多个第3漏极电极的各个第3漏极电极之间，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之上，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之下，在第1方向上分别隔开第9长度而设置；以及多个第2源极电极，设置于多个第1漏极电极的各个第1漏极电极和多个第3漏极电极的各个第3漏极电极之间，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之上，各自的一部分设置于氮化物绝缘层之下，在第1方向上分别隔开第10长度而设置，在第1方向上从多个第1源极电极分别偏移第11长度而设置，在第2方向上从多个第1源极电极偏移第12长度而设置，与多个第1源极电极分别电连接。

附图说明

图1的(a)、(b)是第1实施方式的半导体装置的示意剖视图。

图2是第1实施方式的半导体装置的主要部分的示意俯视图。

图3是第1实施方式的半导体装置的主要部分的示意俯视图。

图4的(a)～(c)是表示第1实施方式的半导体装置的主要部分的制造工序的示意剖视图。

图5是成为第1实施方式的比较方式的半导体装置的主要部分的示意俯视图。

图6是第2实施方式的半导体装置的主要部分的示意俯视图。

图7是第2实施方式的另一方式的半导体装置的主要部分的示意俯视图。

图8是第3实施方式的半导体装置的主要部分的示意俯视图。

图9是第3实施方式的其他方式的半导体装置的主要部分的示意俯视图。

具体实施方式

本说明书中，“氮化物(GaN系)半导体”是具备GaN(氮化镓)、AlN(氮化铝)、InN(氮化铟)以及它们的中间组成的半导体的总称。

本说明书中，“无掺杂”是指杂质浓度为1×10

在本说明书中，为了表示部件等的位置关系，将附图的上方向记述为“上”，将附图的下方向记述为“下”。在本说明书中，“上”、“下”的概念未必是表示与重力的方向的关系的用语。

(第1实施方式)

图1是本实施方式的半导体装置100的示意剖视图。图2以及图3是本实施方式的半导体装置100的主要部分的示意俯视图。本实施方式的半导体装置100是使用了氮化物半导体的HEMT(High Electron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管)。

图1的(a)包含A-A’线(图2)，且包含与Y方向平行的Y轴及与Z方向平行的Z轴的YZ平面中的半导体装置100的示意剖视图。图1的(b)是包含B-B’线(图2)的YZ平面中的半导体装置100的示意剖视图。

图2是在平行于第1氮化物半导体层30与第1氮化物绝缘层32的界面、且设置于第1氮化物半导体层30与第1氮化物绝缘层32的界面之下的第1平面P

在本实施方式中，定义X方向、与X方向垂直交叉的Y方向、以及与X方向以及Y方向垂直交叉的Z方向。Z方向是第1氮化物半导体层30、第2氮化物半导体层34以及第1氮化物绝缘层32被层叠的方向。第1氮化物半导体层30、第2氮化物半导体层34、第1氮化物绝缘层32以及第2氮化物绝缘层36相对于包含与X方向平行的X轴以及与Y方向平行的Y轴的面、即XY平面平行地设置。另外，第1氮化物半导体层30与第1氮化物绝缘层32的界面、第1氮化物绝缘层32与第2氮化物半导体层34的界面及第2氮化物半导体层34与第2氮化物绝缘层36的界面，相对于XY平面平行地设置。另外，X方向是第1方向的一例，Y方向是第2方向的一例。

第1氮化物半导体层30例如为未掺杂的Al

第2氮化物半导体层34设置于第1氮化物半导体层30之上。第2氮化物半导体层34的带隙大于第1氮化物半导体层30的带隙。第2氮化物半导体层34例如为未掺杂的Al

第1氮化物绝缘层32设置于第1氮化物半导体层30与第2氮化物半导体层34之间。第1氮化物绝缘层32例如包含氮化铝(AlN)。第1氮化物绝缘层32的膜厚例如为0.2nm以上且10nm以下。此外，第1氮化物绝缘层32是氮化物绝缘层的一例。

第2氮化物绝缘层36设置于第2氮化物半导体层34之上。第2氮化物绝缘层36例如包含氮化硅(SiN)。第2氮化物绝缘层36例如作为半导体装置100的制造工序中的掩模材料使用。

图3是在平行于第1氮化物半导体层30与第1氮化物绝缘层32的界面且设置于第1氮化物半导体层30与第1氮化物绝缘层32的界面之下的第2平面(图1)中、表示多个第1漏极电极2、多个第2漏极电极4、多个第3漏极电极6、多个第4漏极电极8、多个第1源极电极10、多个第2源极电极12、第1上部电极3、第2上部电极7及第3上部电极11的半导体装置100的主要部分的示意剖视图。

多个第1漏极电极2各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下。多个第1漏极电极2在第1平面P

第1平面P

多个第2漏极电极4各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下。多个第2漏极电极4在第1平面P

第1平面P

多个第2漏极电极4在第1平面P

多个第3漏极电极6各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下。多个第3漏极电极6在第1平面P

第1平面P

多个第4漏极电极8各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下。多个第4漏极电极8在第1平面P

第1平面P

多个第4漏极电极8在第1平面P

多个第1源极电极10设置于多个第1漏极电极2与多个第3漏极电极6之间。多个第1源极电极10各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下。多个第1源极电极10在第1平面P

第1平面P

多个第2源极电极12设置于多个第1漏极电极2的各个第1漏极电极2与多个第3漏极电极6的各个第3漏极电极6之间。多个第2源极电极12各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下。多个第2源极电极12在第1平面P

第1平面P

多个第2源极电极12在第1平面P1内的X方向上从多个第1源极电极10分别偏移D

第1上部电极3设置于多个第1漏极电极2和多个第2漏极电极4之上。第1上部电极3将多个第1漏极电极2与多个第2漏极电极4电连接。因此，多个第1漏极电极2及多个第2漏极电极4分别电连接。例如，第1上部电极3、多个第1漏极电极2以及多个第2漏极电极4形成为一体。

第1上部电极3设置于多个第1漏极电极2和多个第2漏极电极4之上。第1上部电极3将多个第1漏极电极2与多个第2漏极电极4电连接。因此，多个第1漏极电极2与多个第2漏极电极4分别电连接。例如，第1上部电极3、多个第1漏极电极2以及多个第2漏极电极4形成为一体，但并不限定于此。

第2上部电极7设置于多个第3漏极电极6和多个第4漏极电极8上。第2上部电极7将多个第3漏极电极6与多个第4漏极电极8电连接。因此，多个第3漏极电极6与多个第4漏极电极8分别电连接。例如，第2上部电极7、多个第3漏极电极6以及多个第4漏极电极8形成为一体，但并不限定于此。

第3上部电极11设置于多个第1源极电极10和多个第2源极电极12之上。第3上部电极11将多个第1源极电极10与多个第2源极电极12电连接。因此，多个第1源极电极10与多个第2源极电极12分别电连接。例如，第3上部电极11、多个第1源极电极10以及多个第2源极电极12形成为一体，但并不限定于此。

多个第1漏极电极2、多个第2漏极电极4、多个第3漏极电极6、多个第4漏极电极8、多个第1源极电极10、多个第2源极电极12、第1上部电极3、第2上部电极7以及第3上部电极11例如是金属电极。多个第1漏极电极2、多个第2漏极电极4、多个第3漏极电极6、多个第4漏极电极8、多个第1源极电极10、多个第2源极电极12、第1上部电极3、第2上部电极7以及第3上部电极11例如具有钛(Ti)和铝(Al)的层叠构造或者镍(Ni)和金(Au)的层叠构造。

图4是表示本实施方式的半导体装置100的主要部分的制造工序的示意剖视图。

首先，形成包含例如未掺杂的GaN的第1氮化物半导体层30。接着，在第1氮化物半导体层30之上形成例如包含AlN的第1氮化物绝缘层32。接着，在第1氮化物绝缘层32之上形成例如包含AlGaN的第2氮化物半导体层34。接着，在第2氮化物半导体层34之上形成例如包含SiN的第2氮化物绝缘层36(图4的(a))。

接着，将第2氮化物绝缘层36作为掩模材料，贯通第1氮化物绝缘层32、第2氮化物半导体层34以及第2氮化物绝缘层36，形成在第1氮化物半导体层30具有底部的沟槽T(图4的(b))。

接着，在沟槽T的内部形成第1漏极电极2a(图4的(c))。

另外，关于多个第1漏极电极2、多个第2漏极电极4、多个第3漏极电极6、多个第4漏极电极8、多个第1源极电极10以及多个第2源极电极12，制造的工序相同。

接着，记载本实施方式的半导体装置100的作用效果。

为了降低导通电阻，研究在第1氮化物半导体层30与第2氮化物半导体层34之间具有例如包含AlN的第1氮化物绝缘层32的结构。通过设置第1氮化物绝缘层32，由此能够增加载流子迁移率。但是，第1氮化物绝缘层32包含AlN等绝缘材料。在此，认为二维电子气体(2DEG)形成于第1氮化物绝缘层32之下的第1氮化物半导体层30内。因此，在具有第1氮化物绝缘层32的结构中，使用在第1氮化物绝缘层32之上形成的电极，难以与二维电子气体进行电连接。

因此，本实施方式的半导体装置100的漏极电极具有：多个第1漏极电极2，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下，在X方向上分别隔开R

多个第1漏极电极2和多个第2漏极电极4都将一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，将一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下。由此，能够与二维电子气体进行电连接。

图5是作为本实施方式的比较方式的半导体装置800的主要部分的示意剖视图。图5是第1平面P

与半导体装置800相比，在本实施方式的半导体装置100中，设置有多个第2漏极电极4。多个第2漏极电极4在Y方向上分别从多个第1漏极电极2偏移D

另外，例如，多个第1漏极电极2与多个第2漏极电极4在第1平面P

通过使多个第1漏极电极2各自的形状为具有与X方向平行的第1边和与Y方向平行的第2边的矩形，使多个第2漏极电极4各自的形状为具有与X方向平行的第3边和与Y方向平行的第4边的矩形，并使第1边的长度E

同样地，通过采用具有多个第3漏极电极6和多个第4漏极电极8的结构，从而能够提供低电阻的半导体装置，其中，多个第3漏极电极6为，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下，在X方向上分别隔开R

同样地，通过使多个第3漏极电极6各自的形状为具有与X方向平行的第5边和与Y方向平行的第6边的矩形，并使多个第4漏极电极8各自的形状为具有与X方向平行的第7边和与Y方向平行的第8边的矩形，并使第5边的长度E

同样地，通过采用具有多个第1源极电极10和多个第2源极电极12的结构，从而能够提供低电阻的半导体装置，其中，多个第1源极电极10为，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之上，各自的一部分设置于第1氮化物绝缘层32之下，在X方向上分别隔开R

同样地，通过采用使多个第1源极电极10各自的形状为具有与X方向平行的第9边和与Y方向平行的第10边的矩形，并使多个第2源极电极12各自的形状为具有与X方向平行的第11边和与Y方向平行的第12边的矩形，并使第9边的长度E

根据本实施方式的半导体装置100，能够提供低电阻的半导体装置。

(第2实施方式)

本实施方式的半导体装置与第1实施方式的半导体装置的不同点在于，E

图6是本实施方式的半导体装置110的主要部分的示意剖视图。本实施方式的半导体装置也能够提供低电阻的半导体装置。

图7是本实施方式的另一方式的半导体装置120的主要部分的示意剖视图。在D

本实施方式的半导体装置也能够提供低电阻的半导体装置。

(第3实施方式)

本实施方式的半导体装置与第1及第2实施方式的半导体装置的不同点在于，E

图8是本实施方式的半导体装置140的主要部分的示意剖视图。本实施方式的半导体装置也能够提供低电阻的半导体装置。

图9是本实施方式的另一方式的半导体装置150的主要部分的示意剖视图。在D

本实施方式的半导体装置也能够提供低电阻的半导体装置。

以上，对本发明的几个实施方式及实施例进行了说明，但这些实施方式及实施例是作为例子进行的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。