【図1】
図1は、第1例示的な窒化物半導体装置の概略平面図である。
【図2】
図2は、図1のF2-F2線で窒化物半導体装置を切断した概略断面図である。
【図3】
図3は、図2の窒化物半導体装置におけるセル領域の一部を拡大した概略断面図である。
【図4】
図4は、図1の窒化物半導体装置から保護層、第3絶縁層、ドレインパッド、ソースパッド、およびゲートパッドを除去した概略平面図である。
【図5】
図5は、図4の窒化物半導体装置から第2絶縁層、ドレイン配線、ソース配線、およびゲート配線を除去した概略平面図である。
【図6】
図6は、図2の窒化物半導体装置における外周領域およびその周辺を拡大した概略断面図である。
【図7】
図7は、図1の窒化物半導体装置における電気的な接続構成を示す模式図である。
【図8】
図8は、図1のF8-F8線で窒化物半導体装置を切断した概略断面図である。
【図9】
図9は、図1のF9-F9線で窒化物半導体装置を切断した概略断面図である。
【図10】
図10は、図1の窒化物半導体装置の概略回路図である。
【図11】
図11は、第1実施形態の窒化物半導体装置の製造工程の一例を示す概略断面図である。
【図12】
図12は、図11に続く窒化物半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。
【図13】
図13は、図12に続く窒化物半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。
【図14】
図14は、図13に続く窒化物半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。
【図15】
図15は、図14に続く窒化物半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。
【図16】
図16は、図15に続く窒化物半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。
【図17】
図17は、第2例示的な窒化物半導体装置の概略平面図である。
【図18】
図18は、図17の窒化物半導体装置から保護層、第3絶縁層、ドレインパッド、ソースパッド、およびゲートパッドを除去した概略平面図である。
【図19】
図19は、図18の窒化物半導体装置から第2絶縁層、ドレイン配線、ソース配線、およびゲート配線を除去した概略平面図である。
【図20】
図20は、図17のF20-F20線で窒化物半導体装置を切断した概略断面図である。
【図21】
図21は、第3例示的な窒化物半導体装置の概略平面図である。
【図22】
図22は、図21の窒化物半導体装置から保護層、第3絶縁層、ドレインパッド、ソースパッド、およびゲートパッドを除去した概略平面図である。
【図23】
図23は、図22の窒化物半導体装置から第2絶縁層、ドレイン配線、ソース配線、およびゲート配線を除去した概略平面図である。
【図24】
図24は、図21のF24-F24線で窒化物半導体装置を切断した概略断面図である。
【図25】
図25は、図21のF25-F25線で窒化物半導体装置を切断した概略断面図である。
【図26】
図26は、第3実施形態の窒化物半導体装置の製造工程の一例を示す概略断面図である。
【図27】
図27は、図21の窒化物半導体装置の概略回路図である。
【図28】
図28は、第4例示的な窒化物半導体装置における電気的な接続構成を示す模式図である。
【図29】
図29は、図28の窒化物半導体装置を切断した概略断面図である。
【図30】
図30は、変更例の窒化物半導体装置における外周領域およびその周辺を拡大した概略断面図である。
【図31】
図31は、変更例の窒化物半導体装置における外周領域およびその周辺を拡大した概略断面図である。
【図32】
図32は、変更例の窒化物半導体装置における外周領域およびその周辺を拡大した概略断面図である。
【図33】
図33は、変更例の窒化物半導体装置における外周領域およびその周辺を拡大した概略断面図である。
[詳細な説明]
以下、添付図面を参照して本開示の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、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、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。
以下の詳細な説明は、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。この詳細な説明は、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制限することを意図しない。
本開示における「第1」、「第2」、「第3」等の用語は、単にラベルを付して用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。
本開示において使用される「少なくとも1つ」という表現は、所望の選択肢の「1つ以上」を意味する。一例として、本開示において使用される「少なくとも1つ」という表現は、選択肢の数が2つであれば「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、本開示において使用される「少なくとも1つ」という表現は、選択肢の数が3つ以上であれば「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。
本開示において使用される「Aの寸法(距離)がBの寸法(距離)と等しい」または「Aの寸法(距離)とBの寸法(距離)とが互いに等しい」とは、Aの寸法(距離)とBの寸法(距離)との差が例えばAの寸法(距離)の10%以内の関係も含む。
<第1実施形態>
[窒化物半導体装置の外観構造]
図1を参照して、第1実施形態の窒化物半導体装置10の外観構造について説明する。図1は、第1実施形態の窒化物半導体装置10の平面構造を模式的に示している。
なお、本開示では、図中に示された互いに直交するXYZ軸に基づいて構成部材を説明する場合がある。ここで、X軸に沿う方向を「X方向」とし、Y軸に沿う方向を「Y方向」とし、Z軸に沿う方向を「Z方向」とする。また、本開示において使用される「平面視」という用語は、Z方向に窒化物半導体装置10を視ることをいう。また、X方向は「第1方向」の一例であり、Y方向は「第2方向」の一例である。
図1に示す窒化物半導体装置10は、窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT)として構成されている。窒化物半導体の代表例は、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、および窒化インジウム(InN)であり、一般には、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)と表すことができる。窒化物半導体装置10は、Z方向を厚さ方向とする平板状である。窒化物半導体装置10は、平面視において四角形状である。窒化物半導体装置10は、平面視においてセル領域11と、セル領域11を囲む外周領域12と、を含む。セル領域11は、平面視において二点鎖線で示す四角形状である。セル領域11は、窒化物半導体装置10のうちトランジスタが設けられる領域である。外周領域12は、平面視において四角環状である。なお、セル領域11および外周領域12のそれぞれの平面視における形状は任意に変更可能である。
窒化物半導体装置10は、半導体層20を含む。半導体層20は、Z方向を厚さ方向とする平板状である。半導体層20は、平面視において四角形状である。半導体層20は、第1面20Sと、第1面20Sとは反対側の第2面20R(図2参照)と、第1面20Sと第2面20Rとを接続する第1~第4側面20A~20Dと、を含む。第1側面20Aおよび第2側面20Bは、半導体層20のX方向の両端面を構成している。第3側面20Cおよび第4側面20Dは、半導体層20のY方向の両端面を構成している。
窒化物半導体装置10は、半導体層20の第1面20Sの上に設けられた絶縁層30を備える。絶縁層30は、セル領域11および外周領域12の双方にわたり設けられている。絶縁層30は、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、および酸化アルミニウム(Al2O3)のうち少なくとも1つを含んでよい。絶縁層30は、単一の絶縁層によって構成されていてもよいし、複数の絶縁層の積層構造であってもよい。第1実施形態では、絶縁層30は、互いに材料が異なる複数の絶縁層の積層構造である。なお、絶縁層30の詳細な構成については、窒化物半導体装置10の断面構造を用いて後述する。
窒化物半導体装置10は、半導体層20の第1面20Sの上に設けられたドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43を含む。ドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43は、Z方向において第1面20Sに対して第2面20Rとは反対側に第1面20Sから離隔して配置されている。一例では、ドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43は、絶縁層30に設けられている。ドレインパッド41およびソースパッド42の双方は、平面視においてセル領域11と重なる位置に設けられている。ゲートパッド43は、平面視において外周領域12と少なくとも部分的に重なる位置に設けられている。図1に示す例では、ゲートパッド43は、平面視においてセル領域11および外周領域12の双方に重なる位置に設けられている。なお、ゲートパッド43の位置は任意に変更可能である。一例では、ゲートパッド43は、平面視において外周領域12と重なり、かつセル領域11とは重ならない位置に設けられていてもよい。
ドレインパッド41およびソースパッド42は、X方向に並んでいる。ドレインパッド41およびソースパッド42の各々は、Y方向が長辺方向となり、X方向が短辺方向となる略四角形状である。セル領域11の大部分は、ドレインパッド41およびソースパッド42の双方によって覆われている。なお、ドレインパッド41およびソースパッド42の平面視における形状および面積はそれぞれ任意に変更可能である。また、ドレインパッド41およびソースパッド42の位置関係は任意に変更可能である。
ゲートパッド43は、複数設けられている。第1実施形態では、2つのゲートパッド43は、X方向において互いに離隔して配置されている。2つのゲートパッド43のX方向の間には、ドレインパッド41およびソースパッド42の双方が位置している。2つのゲートパッド43は、平面視において半導体層20のY方向の中央に位置している。各ゲートパッド43は、平面視において四角形状である。平面視において、各ゲートパッド43の面積は、ドレインパッド41の面積およびソースパッド42の面積よりも小さい。
ドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43は、導電材料によって構成されている。この導電材料としては、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、アルミニウム合金、銅合金、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タンタル(Ta)、および窒化タンタル(TaN)のうち少なくとも1つを含んでよい。ドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43は、単一の金属層によって構成されていてもよいし、複数の金属層の積層構造であってもよい。一例では、ドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43は、互いに同じ導電材料によって構成されている。
[半導体層の断面構造]
図2を参照して、半導体層20の断面構造について説明する。図2は、図1のF2-F2線で窒化物半導体装置10を切断した断面構造を模式的に示している。
半導体層20は、半導体基板21、バッファ層22、電子走行層23、および電子供給層24を含む。半導体層20は、半導体基板21、バッファ層22、電子走行層23、および電子供給層24がこの順に積層された積層構造であるといえる。バッファ層22、電子走行層23、および電子供給層24は、窒化物半導体によって構成されている。
半導体基板21は、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、サファイア、または他の基板材料によって構成され得る。一例では、半導体基板21はSi基板である。半導体基板21は、半導体層20の第2面20Rを構成している。半導体基板21の厚さは、例えば200μm以上1500μm以下とすることができる。なお、Z方向は、半導体基板21の厚さ方向に対応する。
バッファ層22は、半導体基板21と電子走行層23との間の熱膨張係数の不整合によるウエハ反りおよびクラックの発生を抑制することができる任意の材料によって構成され得る。バッファ層22は、1つまたは複数の窒化物半導体層を含み得る。バッファ層22は、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)を含む材料によって構成されている。バッファ層22は、例えばAlGaN層、および異なるAl組成を有するグレーデッドAlGaN層のうち少なくとも1つを含む。例えば、バッファ層22は、単一のAlGaN層、AlGaN/GaN超格子構造を有する層、AlN/AlGaN超格子構造を有する層、またはAlN/GaN超格子構造を有する層によって構成され得る。バッファ層22は、組成の異なる複数のAlGaN層を含んでよい。
なお、バッファ層22におけるリーク電流を抑制するために、バッファ層22の一部に不純物を導入してバッファ層22を半絶縁性にしてもよい。この場合、不純物は、例えば炭素(C)または鉄(Fe)である。
電子走行層23は、半導体基板21の上に位置している。一例では、電子走行層23は、バッファ層22の上に位置している。電子走行層23は、バッファ層22に接している。電子走行層23は、例えばGaN層であってよい。電子走行層23は、1つまたは複数の窒化物半導体層を含み得る。また、電子走行層23におけるリーク電流を抑制するために、電子走行層23の一部にアクセプタ型不純物を導入して電子走行層23の表層領域以外を半絶縁性にしたドープ層(図示略)を含んでもよい。ドープ層は、アクセプタ型不純物がドープされたGaNを含む材料によって構成されているともいえる。この場合、アクセプタ型不純物は、例えばCである。ドープ層は、バッファ層22上に設けられている。一例では、ドープ層は、Z方向において電子走行層23のうちバッファ層22寄りに設けられている。一例では、ドープ層は、バッファ層22と接している。
電子供給層24は、電子走行層23の上に位置している。一例では、電子供給層24は、電子走行層23に接している。電子供給層24は、半導体層20の第1面20Sを構成している。電子供給層24は、電子走行層23よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成されている。電子供給層24は、例えばAlGaN層であってよい。Al組成が大きいほどバンドギャップが大きくなるため、AlGaN層である電子供給層24は、GaN層である電子走行層23よりも大きなバンドギャップを有する。一例では、電子供給層24は、Al組成比xのAlxGa1-xNによって構成されている。この場合、Al組成比xは、0.1<x<0.4であり、より好ましくは、0.1<x<0.3である。電子供給層24の厚さは、電子走行層23の厚さよりも薄くてよい。
電子走行層23と電子供給層24とは、バルク領域において異なる格子定数を有する。したがって、電子走行層23を構成する窒化物半導体(例えばGaN)と電子供給層24を構成する窒化物半導体(例えばAlGaN)とは、格子不整合系のヘテロ接合を構成する。電子走行層23および電子供給層24の自発分極と、電子走行層23のヘテロ接合部が受ける圧縮応力に起因するピエゾ分極とによって、電子走行層23と電子供給層24との間のヘテロ接合界面付近における電子走行層23の伝導帯のエネルギーレベルはフェルミ準位よりも低くなる。これにより、電子走行層23と電子供給層24とのヘテロ接合界面に近い位置(例えば界面から数nm程度の距離)の電子走行層23内に二次元電子ガス(2DEG)25が広がっている。
[セル領域の構成]
図3~図5を参照して、セル領域11の構成について説明する。
図3は、図2の窒化物半導体装置10のうちセル領域11の一部を拡大した断面構造を模式的に示している。図4は、図1の窒化物半導体装置10からドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43を省略した状態の平面構造を模式的に示している。図5は、図4の窒化物半導体装置10から後述するドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53を省略した状態の平面構造を模式的に示している。
図5に示すように、窒化物半導体装置10は、セル領域11に設けられたトランジスタセルTrを含む。図5に示す例では、窒化物半導体装置10は、4つのトランジスタセルTr1,Tr2,Tr3,Tr4を含む。なお、以下の説明において、トランジスタセルTr1~Tr4を互いに区別しない場合には、単にトランジスタセルTrと称する。図5に示す例では、図面の理解を容易にするため、窒化物半導体装置10は、4つのトランジスタセルTrを含むものとして示しているが、窒化物半導体装置10は、数十個~数千個のトランジスタセルTrを含むことによってパワートランジスタ(電力スイッチング用トランジスタ)として構成されている。
4つのトランジスタセルTr1~Tr4は、X方向およびY方向において互いに離隔して設けられている。トランジスタセルTr1,Tr2はY方向に並んでおり、トランジスタセルTr3,Tr4はY方向に並んでいる。トランジスタセルTr1,Tr2と、トランジスタセルTr3,Tr4とは、X方向に並んでいる。トランジスタセルTr1~Tr4は互いに同じ構成である。このため、以下では、トランジスタセルTr1の構成について説明し、トランジスタセルTr2~Tr4の構成の説明を省略する。
図3に示すように、窒化物半導体装置10(トランジスタセルTr1)は、ゲート層26、ドレイン電極27、ソース電極28、およびゲート電極29を備える。一例では、ゲート層26、ドレイン電極27、ソース電極28、およびゲート電極29は、半導体層20の第1面20Sの上に設けられている。
ゲート層26は、電子供給層24の上に部分的に位置している。ゲート層26は、電子供給層24と接している。ゲート層26は、窒化物半導体によって構成されている。一例では、ゲート層26は、電子供給層24よりも小さなバンドギャップを有し、かつアクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されている。一例では、ゲート層26は、アクセプタ型不純物がドープされたGaN(p型GaN層)である。アクセプタ型不純物は、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、およびCのうち少なくとも1つであってよい。一例では、ゲート層26の不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下である。また一例では、ゲート層26の不純物濃度は、2×1018cm-3以上5×1018cm-3以下である。なお、ゲート層26の不純物濃度は任意に変更可能である。
ゲート電極29は、ゲート層26の上に位置している。ゲート電極29は、ゲート層26と接している。ゲート電極29は、例えばゲート層26とショットキー接合する性質をもつ材料によって構成され得る。これにより、ゲート電極29とゲート層26とは、ショットキー接合されている。
ゲート電極29は、1つまたは複数の金属層を含んでよい。一例では、ゲート電極29は、ゲート層26と接触する部分である第1金属層と、第1金属層の上に設けられた第2金属層とによって構成されていてもよい。第1金属層は、ゲート層26とショットキー接合する性質を持つ材料によって構成され得る。一例では、第1金属層は、TiN、TaN(窒化タンタル)、WN(窒化タングステン)、TiSiN、TaSiN、WSi、およびWSiNのうち少なくとも1つを含む。一例では、第1金属層は、TiNを含む。一例では、第2金属層は、Tiを含む。
ゲート層26およびゲート電極29は、絶縁層30によって覆われている。一例では、絶縁層30は、電子供給層24と接する第1絶縁層31を含む。第1絶縁層31は、ゲート層26およびゲート電極29を覆っている。第1絶縁層31は、例えばパッシベーション層である。第1絶縁層31は、例えばSiO2、SiN、酸窒化シリコン(SiON)、アルミナ(Al2O3)、AlN、および酸窒化アルミニウム(AlON)のうち1つまたは任意の組み合わせによって構成され得る。第1絶縁層31は、電子供給層24の上面(半導体層20の第1面20S)の一部をそれぞれ露出させるソース開口31Aおよびドレイン開口31Bを含む。ソース開口31Aおよびドレイン開口31Bは、X方向において互いに離隔して設けられている。
ドレイン電極27は、ドレイン開口31Bを通して電子供給層24に接している。ソース電極28は、ソース開口31Aを通して電子供給層24に接している。このように、ドレイン電極27およびソース電極28は、電子供給層24の上に位置している。ドレイン電極27およびソース電極28は、X方向において互いに離隔している。ゲート電極29およびゲート層26の双方は、X方向においてドレイン電極27とソース電極28との間に位置している。ドレイン電極27およびソース電極28の双方は、電子供給層24(2DEG25)とオーミック接触を形成している。
ドレイン電極27は、ドレイン開口31B内に設けられたドレインコンタクト27Aと、第1絶縁層31上に設けられたドレインフランジ27Bと、を含む。ドレインコンタクト27Aおよびドレインフランジ27Bは、例えば一体化されている。ドレインコンタクト27Aは、電子供給層24に接している。
ソース電極28は、ソース開口31A内に設けられたソースコンタクト28Aと、第1絶縁層31上に設けられたソースフランジ28Bと、を含む。ソース電極28には、例えばソースフィールドプレート28Cが設けられていてもよい。ソースコンタクト28A、ソースフランジ28B、およびソースフィールドプレート28Cは、例えば一体化されている。ソースコンタクト28Aは、電子供給層24に接している。ソースフィールドプレート28Cは、例えば第1絶縁層31上に設けられている。ソースフィールドプレート28Cは、例えば平面視においてゲート電極29およびゲート層26の双方を覆うようにソースフランジ28Bからドレイン電極27に向けて延びている。一方、ソースフィールドプレート28Cは、X方向においてドレイン電極27から離隔している。一例では、ソースフィールドプレート28Cとソースフランジ28Bとの境界を二点鎖線で示している。
ドレイン電極27およびソース電極28は、1つまたは複数の金属層を含む。一例では、ドレイン電極27およびソース電極28は、Ti、TiN、Al、アルミニウムシリコン銅(AlSiCu)、およびアルミニウム銅(AlCu)のうち1つまたは任意の組み合わせによって構成され得る。一例では、ドレイン電極27およびソース電極28は、電子供給層24に接する第1金属層と、第2金属層に積層された第2金属層と、第2金属層に積層された第3金属層と、第3金属層に積層された第4金属層とによって構成されている。第1金属層は例えばTi層であり、第2金属層は例えばAl層であり、第3金属層は例えばTi層であり、第4金属層は例えばTiN層である。
図5に示すように、ドレイン電極27のドレインコンタクト27Aおよびソース電極28のソースコンタクト28Aの双方は、平面視においてY方向に延びる帯状である。ドレイン電極27およびソース電極28はそれぞれ複数設けられている。複数のドレイン電極27および複数のソース電極28は、トランジスタセルTr1~Tr4に対応して配置されている。トランジスタセルTr1,Tr3に対応する複数のドレイン電極27および複数のソース電極28は、X方向において互いに離隔して配置されている。トランジスタセルTr2,Tr4に対応する複数のドレイン電極27および複数のソース電極28は、X方向において互いに離隔して配置されている。トランジスタセルTr1,Tr3に対応する複数のドレイン電極27および複数のソース電極28と、トランジスタセルTr2,Tr4に対応する複数のドレイン電極27および複数のソース電極28とは、Y方向において互いに離隔して配置されている。なお、複数のソース電極28は、ソースフィールドプレート28C(図3参照)によって一体化されてもよい。この場合、ソース電極28は単数であってよい。
ゲート層26およびゲート電極29の双方は、平面視においてドレイン電極27を囲む環状である。一例では、窒化物半導体装置10は、トランジスタセルTr1,Tr2に共通化したゲート層26およびゲート電極29と、トランジスタセルTr3,Tr4に共通化したゲート層26およびゲート電極29と、を備える。ゲート層26およびゲート電極29の双方は、X方向においてソース電極28と隣り合う位置に配置されている。図3に示すように、ゲート層26およびゲート電極29の双方は、X方向においてドレイン開口31Bよりもソース開口31Aの近くに位置している。
図5に示すように、ゲート層26およびゲート電極29の各々は、環状部分26A,29Aおよび接続部分26B,29Bを含む。
環状部分26A,29Aは、トランジスタセルTr1~Tr4に対応して配置されている。詳細には、ゲート層26およびゲート電極29の各々の環状部分26A,29Aは、トランジスタセルTr1~Tr4に対して1つずつ設けられている。
接続部分26B,29Bは、Y方向に隣り合う環状部分26A,29Aを接続している。このため、接続部分26B,29Bは複数(図5に示す例では2つ)設けられている。詳細には、1つの接続部分26Bは、トランジスタセルTr1に対応する環状部分26AとトランジスタセルTr2に対応する環状部分26Aとを接続している。別の1つの接続部分26Bは、トランジスタセルTr3に対応する環状部分26AとトランジスタセルTr4に対応する環状部分26Aとを接続している。1つの接続部分29Bは、トランジスタセルTr1に対応する環状部分29AとトランジスタセルTr2に対応する環状部分29Aとを接続している。別の1つの接続部分29Bは、トランジスタセルTr3に対応する環状部分29AとトランジスタセルTr4に対応する環状部分29Aとを接続している。複数の接続部分26B,29Bは、平面視においてX方向に離隔して配置されている。
図3に示すように、ドレイン電極27およびソース電極28の双方は、絶縁層30によって覆われている。一例では、絶縁層30は、ドレイン電極27およびソース電極28を覆う第2絶縁層32を含む。第2絶縁層32は、第1絶縁層31の上に設けられている。第2絶縁層32は、例えば層間膜である。第2絶縁層32は、例えばSiO2によって構成され得る。
アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によってゲート層26が構成された構造では、ゲート電極29に電圧が印加されていないゼロバイアス時にゲート層26の直下の領域における2DEG25が空乏化することによって導電経路(チャネル)が遮断される。これにより、ゲートしきい値電圧が正の値となるノーマリオフ型のHEMTが実現される。そして、適切な電圧(オン電圧)がゲート電極29に印加されると、ゲート層26直下の電子走行層23の領域に2DEG25によるチャネルが形成されてソース-ドレイン間が導通する。
図4に示すように、窒化物半導体装置10は、トランジスタセルTr1~Tr4と電気的に接続されたドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53を含む。ドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53は、半導体層20の第1面20Sの上に設けられている。ドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53の各々は、絶縁層30に埋め込まれている。一例では、ドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53の各々は、第2絶縁層32の上に設けられている。なお、図4では、便宜上、絶縁層30の一部を省略している。
図3および図4に示すように、絶縁層30は、ドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53の各々を覆う第3絶縁層33を含む。このように、ドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53の各々は、第2絶縁層32および第3絶縁層33によって挟み込まれている。一例では、ドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53は、Z方向において互いに同じ位置に配置されている。
図4に示すように、ドレイン配線51およびソース配線52は、それぞれ複数設けられている。複数のドレイン配線51および複数のソース配線52は、Y方向において1つずつ交互に配置されている。各ドレイン配線51および各ソース配線52は、平面視においてX方向に延びる帯状である。各ソース配線52のX方向の長さは、各ドレイン配線51のX方向の長さよりも長い。一例では、各ドレイン配線51は、セル領域11に配置される一方、外周領域12に配置されていない。各ソース配線52は、セル領域11をX方向に貫通して外周領域12まで延びている。複数のソース配線52は、ソース接続配線54によって互いに電気的に接続されている。ソース接続配線54は、複数のソース配線52のX方向の両端部に位置している。このように、2つのソース接続配線54は、それぞれ外周領域12に位置している。ドレイン配線51およびソース配線52は、トランジスタセルTr1,Tr3に対して共通するように設けられ、かつトランジスタセルTr2,Tr4に対して共通するように設けられている。つまり、ドレイン配線51およびソース配線52は、トランジスタセルTr1,Tr3とトランジスタセルTr2,Tr4とに対して個別に設けられている。
ゲート配線53は、トランジスタセルTr1~Tr4に対して共通するように設けられている。ゲート配線53は、Y方向においてトランジスタセルTr1とトランジスタセルTr2との間、トランジスタセルTr3とトランジスタセルTr4との間に位置している。ゲート配線53は、平面視においてX方向に延びる帯状である。ゲート配線53は、セル領域11をX方向に貫通して外周領域12まで延びている。ゲート配線53のX方向の長さは、ソース配線52のX方向の長さよりも長い。一例では、ゲート配線53の幅WGBは、ゲート電極29の幅WGA(図3参照)よりも大きい。ゲート電極29の幅WGAは、平面視においてゲート電極29の環状部分29Aが延びる方向と直交する方向の寸法である。ゲート配線53の幅WGBは、平面視においてゲート配線53が延びる方向(図4ではX方向)と直交する方向(図4ではY方向)の寸法である。
ドレイン配線51、ソース配線52、ゲート配線53、およびソース接続配線54は、Ti、TiN、Al、AlSiCu、およびAlCuのうち1つまたは任意の組み合わせによって構成され得る。一例では、ドレイン配線51、ソース配線52、ゲート配線53、およびソース接続配線54は、互いに同じ材料によって構成されていてもよい。
ドレイン配線51は、ドレインビア61によってドレイン電極27と電気的に接続されている。ソース配線52は、ソースビア62によってソース電極28と電気的に接続されている。ゲート配線53は、ゲートビア63によってゲート電極29と電気的に接続されている。ドレインビア61、ソースビア62、およびゲートビア63の各々は、第2絶縁層32をZ方向に貫通している。ドレインビア61、ソースビア62、およびゲートビア63は、Ti、TiN、Au、Ag、Cu、Al、およびWのうち1つまたは複数が適宜選択されたものを含む材料によって埋め込まれていてよい。
第3絶縁層33(図2参照)の上には、図1に示すドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43が設けられている。ドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43は、保護層34によって部分的に覆われている。保護層34は、ドレインパッド41を開口する第1開口と、ソースパッド42を開口する第2開口と、ゲートパッド43を開口する第3開口と、を有する。一例では、保護層34は、無機絶縁膜と有機絶縁膜との積層構造によって構成されている。無機絶縁膜は、例えばSiO2、SiN、およびSiONのうち少なくとも1つを含んでよい。有機絶縁膜は、例えば感光性樹脂を含んでよい。感光性樹脂の一例は、ポリイミド(PI)である。
図1に示すように、窒化物半導体装置10は、ドレインパッドビア64、ソースパッドビア65、およびゲートパッドビア66を備える。ドレインパッドビア64およびソースパッドビア65の双方は、セル領域11に設けられている。ゲートパッドビア66は、外周領域12に設けられている。ドレインパッドビア64およびソースパッドビア65は、X方向において互いにずれて位置している。
ドレインパッドビア64は、ドレイン配線51とドレインパッド41とを接続している。ドレインパッドビア64は、複数のドレイン配線51に対応して複数設けられている。一例では、ドレインパッドビア64は、1つのドレイン配線51に対して複数設けられている。
ソースパッドビア65は、ソース配線52とソースパッド42とを接続している。ソースパッドビア65は、複数のソース配線52に対応して複数設けられている。一例では、ソースパッドビア65は、1つのソース配線52に対して複数設けられている。
ゲートパッドビア66は、ゲート配線53とゲートパッド43とを接続している。ゲートパッドビア66は、複数のゲートパッド43に対応して複数設けられている。一例では、ゲートパッドビア66は、1つのゲートパッド43に対して複数設けられている。
ドレインパッドビア64、ソースパッドビア65、およびゲートパッドビア66は、Ti、TiN、Au、Ag、Cu、Al、およびWのうち1つまたは複数が適宜選択されたものを含む材料によって埋め込まれていてよい。ドレインパッドビア64、ソースパッドビア65、およびゲートパッドビア66は、互いに同じ導電材料によって埋め込まれていてよい。ドレインパッドビア64、ソースパッドビア65、およびゲートパッドビア66は、ドレインビア61、ソースビア62、およびゲートビア63と同じ導電材料によって埋め込まれていてもよい。なお、ドレインパッドビア64、ソースパッドビア65、およびゲートパッドビア66の各々の個数は任意に変更可能である。
[外周領域の構成]
図4~図6を参照して、外周領域12の構成について説明する。図6は、図2の窒化物半導体装置10のうち外周領域12およびその周辺を拡大した断面構造を模式的に示している。
図6に示すように、窒化物半導体装置10は、外周領域12に位置する窒化物半導体層71および第1外周電極73と、窒化物半導体層71の上に位置する第2外周電極72と、を備える。第1実施形態では、窒化物半導体層71および第1外周電極73の双方は、電子供給層24の上に位置している。一例では、窒化物半導体層71および第1外周電極73の双方は、電子供給層24と接している。第1外周電極73は、電子供給層24(2DEG25)とオーミック接触を形成している。一例では、第1外周電極73のZ方向の位置は、ドレイン電極27のZ方向の位置と同じである。また、窒化物半導体層71および第1外周電極73のZ方向の位置は、ゲート層26のZ方向の位置と同じである。窒化物半導体層71および第1外周電極73は、X方向において離隔して配置されている。第1実施形態では、窒化物半導体層71は、平面視において第1外周電極73よりもセル領域11寄りに位置している。一例では、窒化物半導体層71は、X方向において、セル領域11における複数のゲート層26のうち最も外周領域12に近いゲート層26よりも第1外周電極73の近くに配置されている。つまり、X方向における窒化物半導体層71と第1外周電極73との間の距離は、X方向における窒化物半導体層71とゲート層26との間の距離よりも短い。
窒化物半導体層71は、窒化物半導体によって構成されている。一例では、窒化物半導体層71は、電子供給層24よりも小さなバンドギャップを有し、かつアクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されている。一例では、窒化物半導体層71は、アクセプタ型不純物がドープされたGaN(p型GaN層)である。アクセプタ型不純物は、Mg、Zn、およびCのうち少なくとも1つであってよい。一例では、窒化物半導体層71の不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下である。また一例では、窒化物半導体層71の不純物濃度は、2×1018cm-3以上5×1018cm-3以下である。一例では、窒化物半導体層71の不純物濃度は、ゲート層26の不純物濃度と等しくてよい。なお、窒化物半導体層71の不純物濃度は任意に変更可能である。一例では、窒化物半導体層71の不純物濃度とゲート層26の不純物濃度とは互いに異なっていてもよい。
一例では、窒化物半導体層71の不純物濃度は、ゲート層26の不純物濃度と等しくてよい。窒化物半導体層71は、セル領域11のトランジスタ(トランジスタセルTr1~Tr4)と2DEG25を通して電気的に接続されている。窒化物半導体層71の厚さTSは、ゲート層26の厚さTGと等しくてよい。一例では、窒化物半導体層71の幅WSは、ゲート層26の幅WGと等しくてよい。なお、窒化物半導体層71の幅WSは任意に変更可能である。一例では、窒化物半導体層71の幅WSは、ゲート層26の幅WGよりも小さくてもよい。別の例では、窒化物半導体層71の幅WSは、ゲート層26の幅WGよりも大きくてもよい。
図5に示すように、窒化物半導体層71は、平面視において環状である。一例では、窒化物半導体層71は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の窒化物半導体層71の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。窒化物半導体層71は、平面視においてセル領域11を囲んでいる。
環状の窒化物半導体層71の上に位置する第2外周電極72は、平面視において環状である。一例では、第2外周電極72は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の第2外周電極72の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。第2外周電極72は、平面視においてセル領域11を囲んでいる。
図6に示すように、第2外周電極72の幅WSAは、ゲート電極29の幅WGAと等しい。第2外周電極72の幅WSAは、第2外周電極72のうち後述する拡幅部72A以外の部分の幅である。なお、第2外周電極72の幅WSAは任意に変更可能である。一例では、第2外周電極72の幅WSAは、ゲート電極29の幅WGAよりも小さくてもよい。別の例では、第2外周電極72の幅WSAは、ゲート電極29の幅WGAよりも大きくてもよい。
第2外周電極72は、窒化物半導体層71と接している。第2外周電極72は、例えば窒化物半導体層71とショットキー接合する性質をもつ材料によって構成され得る。これにより、第2外周電極72と窒化物半導体層71とは、ショットキー接合されている。
第2外周電極72は、1つまたは複数の金属層を含んでよい。一例では、第2外周電極72は、窒化物半導体層71と接触する部分である第1金属層と、第1金属層の上に設けられた第2金属層とによって構成されていてもよい。第1金属層は、窒化物半導体層71とショットキー接合する性質を持つ材料によって構成され得る。一例では、第1金属層は、TiN、TaN、WN、TiSiN、TaSiN、WSi、およびWSiNのうち少なくとも1つを含む。一例では、第1金属層は、TiNを含む。一例では、第2金属層は、Tiを含む。このように、第2外周電極72およびゲート電極29は、互いに同じ導電材料によって構成されている。
図5に示すように、窒化物半導体層71および第2外周電極72の双方は、拡幅部71A,72Aを含む。窒化物半導体層71の拡幅部71Aは、窒化物半導体層71のうち拡幅部71A以外の部分よりも大きい幅を有する。第2外周電極72の拡幅部72Aは、第2外周電極72のうち拡幅部72A以外の部分よりも大きい幅を有する。窒化物半導体層71の拡幅部71Aと、第2外周電極72の拡幅部72Aとは、平面視において互いに重なる位置に設けられている。拡幅部71A,72Aはそれぞれ複数(図5に示す例では4つ)設けられている。なお、拡幅部71A,72Aの数は任意に変更可能である。
複数の拡幅部71A,72Aのうち一部は、トランジスタセルTr1,Tr2よりも半導体層20の第1側面20A寄りに位置している。これら拡幅部71A,72Aは、平面視においてY方向に互いに離隔して配置されている。複数の拡幅部71A,72Aのうち残りの一部は、トランジスタセルTr3,Tr4よりも半導体層20の第2側面20B寄りに位置している。これら拡幅部71A,72Aは、平面視においてY方向に互いに離隔して配置されている。
第1外周電極73は、平面視において窒化物半導体層71および第2外周電極72を囲む環状である。一例では、第1外周電極73は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の第1外周電極73の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。図5に示す例では、第1外周電極73の幅WGCは、ゲート電極29の幅WGA(図3参照)よりも大きい。第1外周電極73の幅WGCは、第2外周電極72の幅WSA(図6参照)よりも大きい。ここで、第1外周電極73の幅WGCは、平面視において第1外周電極73が延びる方向と直交する方向の寸法である。第2外周電極72の幅WSA(図6参照)は、平面視において第2外周電極72が延びる方向と直交する方向の寸法である。一例では、第1外周電極73の幅WGCは、窒化物半導体層71の幅WSよりも大きい。
一例では、第1外周電極73の全体の長さは、ゲート電極29の全体の長さの1%以上40%以下である。一例では、第1外周電極73の全体の長さは、ゲート電極29の全体の長さの5%以上20%以下である。一例では、第1外周電極73の全体の長さは、ゲート電極29の全体の長さの10%以上15%以下であってもよい。ここで、第1外周電極73の全体の長さは、平面視において四角環状の第1外周電極73の周方向の長さによって定義できる。ゲート電極29の全体の長さは、例えば平面視において全ての環状部分29Aの周方向の長さの合計によって定義できる。図5に示す例では、ゲート電極29は、4つの環状部分29Aを含むため、ゲート電極29の全体の長さは、1つの環状部分29Aの周方向の長さ×4となる。なお、第1外周電極73の全体の長さおよびゲート電極29の全体の長さの関係は任意に変更可能である。
第1外周電極73は、Ti、TiN、Al、アルミニウムシリコン銅、およびアルミニウム銅のうち1つまたは任意の組み合わせによって構成され得る。一例では、第1外周電極73は、電子供給層24に接する第1金属層と、第2金属層に積層された第2金属層と、第2金属層に積層された第3金属層と、第3金属層に積層された第4金属層とによって構成されている。第1金属層は例えばTi層であり、第2金属層は例えばAl層であり、第3金属層は例えばTi層であり、第4金属層は例えばTiN層である。第1外周電極73は、例えばドレイン電極27およびソース電極28と同じ導電材料によって構成されていてもよい。
図6に示すように、窒化物半導体層71および第2外周電極72は、絶縁層30によって覆われている。一例では、窒化物半導体層71および第2外周電極72は、第1絶縁層31によって覆われている。第1絶縁層31は、外周開口31Cを含む。外周開口31Cは、外周領域12に設けられている。外周開口31Cは、平面視において窒化物半導体層71および第2外周電極72の双方を囲む環状である。第1外周電極73は、外周開口31Cを通して電子供給層24と接している。一方、第1外周電極73は、第1絶縁層31上に位置する部分を含む。このように、第1外周電極73は、電子供給層24と接するコンタクト部73Aと、第1絶縁層31上に位置するフランジ部73Bと、を含む。コンタクト部73Aおよびフランジ部73Bは一体化されている。一例では、第1外周電極73の厚さTGBは、ゲート電極29の厚さTGAよりも厚い。一例では、第1外周電極73の厚さTGBは、窒化物半導体層71の厚さTSよりも厚い。一例では、第1外周電極73の厚さTGBは、ゲート層26の厚さTGよりも厚い。一例では、第1外周電極73の厚さTGBは、ドレイン電極27の厚さTDと等しい。
窒化物半導体装置10は、外周領域12の周縁を含む領域に位置する外周分離領域81を備える。ここで、外周領域12の周縁は、平面視において半導体層20の第1~第4側面20A~20Dと重なる部分である。外周分離領域81は、Z方向において電子供給層24を貫通するとともに電子走行層23の少なくとも一部が窪む窪み部81Aを含む。つまり、外周分離領域81では、半導体層20から電子供給層24が除去されている。図6に示す例では、外周分離領域81は、Z方向において電子走行層23が部分的に除去されている。一例では、外周分離領域81では、Z方向において電子走行層23のうち2DEG25が形成される部分は少なくとも除去されている。図6に示す例では、外周分離領域81は、エッチング(例えばメサエッチング)によって電子走行層23のZ方向の一部および電子供給層24が除去されることによって形成されている。
外周分離領域81の窪み部81Aは、電子走行層23の上面によって構成された底面81AAと、電子走行層23の側面および電子供給層24の側面によって構成された内側側面81ABと、を含む。内側側面81ABは、平面視において半導体層20の第1~第4側面20A~20Dよりも半導体層20の内方に位置している。
図5に示すように、外周分離領域81は、平面視において第1外周電極73を囲む環状である。一例では、外周分離領域81は、平面視において第1外周電極73に対して外周領域12の周縁寄りに間隔を空けて設けられている。一例では、外周分離領域81は、平面視において四角環状である。外周分離領域81の内周縁は、第1外周電極73の平面視における形状に対応して4つのコーナ部分が外方に向けて凸となる湾曲状である。
図6に示すように、外周分離領域81は、保護層34によって覆われている。このため、保護層34は、外周分離領域81の窪み部81Aによって露出した底面81AAおよび内側側面81ABを覆っている。また、保護層34は、第1~第3絶縁層31~34の側面を覆うように構成されている。
[電気的接続構造]
図7~図10を参照して、窒化物半導体装置10の電気的接続構造について説明する。図7は、窒化物半導体装置10の簡略的な電気的接続構造を示している。図8は、図1のF8-F8線で窒化物半導体装置10を切断した概略断面構造であり、ソース電極28、ソース配線52、およびソースパッド42の接続構造を模式的に示している。図9は、図1のF9-F9線で窒化物半導体装置10を切断した概略断面構造であり、ゲート電極29、ゲート配線53、およびゲートパッド43の接続構造を模式的に示している。図10は、窒化物半導体装置10の回路構成を模式的に示している。
図7に示すように、複数のドレイン電極27は、ドレイン配線51を通して互いに電気的に接続されている。そして、複数のドレイン電極27は、ドレイン配線51を通してドレインパッド41と電気的に接続されている。
複数のソース電極28は、ソース配線52を通して互いに電気的に接続されている。複数のソース電極28は、第2外周電極72と電気的に接続されている。一例では、複数のソース電極28は、ソース配線52を通して第2外周電極72と電気的に接続されている。各ソース電極28および第2外周電極72はそれぞれソース配線52を通してソースパッド42と電気的に接続されている。
したがって、第2外周電極72は、セル領域11のゲート電極29において電圧が印加されていないゼロバイアス時と同様となる。このため、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって窒化物半導体層71が構成された構造では、窒化物半導体層71の直下の領域における2DEG25が空乏化する。これにより、セル領域11の2DEG25と外周領域12の2DEG25とが分離される。
複数のゲート電極29は、ゲート配線53を通して互いに電気的に接続されている。複数のゲート電極29は、第1外周電極73と電気的に接続されている。一例では、複数のゲート電極29は、ゲート配線53を通して第1外周電極73と電気的に接続されている。各ゲート電極29および第1外周電極73はそれぞれゲート配線53を通してゲートパッド43と電気的に接続されている。
図8および図9に示すように、窒化物半導体装置10は、第2外周ビア67および第1外周ビア68を備える。第2外周ビア67および第1外周ビア68の双方は、外周領域12に設けられている。第2外周ビア67は、ソース配線52と第2外周電極72とを接続している。第1外周ビア68は、ゲート配線53と第1外周電極73とを接続している。第2外周ビア67は、第1絶縁層31および第2絶縁層32の双方をZ方向に貫通している。第1外周ビア68は、第2絶縁層32をZ方向に貫通している。第2外周ビア67および第1外周ビア68は、Ti、TiN、Au、Ag、Cu、Al、およびWのうち1つまたは複数が適宜選択されたものを含む材料によって埋め込まれていてよい。第2外周ビア67および第1外周ビア68は、互いに同じ導電材料によって埋め込まれていてよい。第2外周ビア67および第1外周ビア68は、ドレインビア61、ソースビア62、およびゲートビア63と同じ導電材料によって埋め込まれていてもよい。
このような窒化物半導体装置10の電気的に接続構造によれば、図10に示すように、窒化物半導体装置10のトランジスタ(トランジスタセルTr)は、第1ショットキーバリアダイオード(以下、「SBD1」)と、第1PINダイオード(以下、「PIND1」)と、第2ショットキーバリアダイオード(以下、「SBD2」)と、第2PINダイオード(以下、「PIND2」)と、を含む。
SBD1は、ゲート電極29とゲート層26(ともに図9参照)とのショットキー接合によって構成されている。PIND1は、ゲート層26、電子供給層24、および電子走行層23(ともに図9参照)によって構成されている。このため、SBD1のアノードはPIND1のアノードとゲート層26により電気的に接続されている。SBD1のカソードはゲートパッド43(ゲート配線53)と電気的に接続されている。PIND1のカソードは、2DEG25と電気的に接続されている。
SBD2は、第2外周電極72と窒化物半導体層71(図8参照)とのショットキー接合によって構成されている。PIND2は、電子走行層23、電子供給層24、および窒化物半導体層71によって構成されている。SBD2およびPIND2は、2DEG25を通して第1外周電極73と電気的に接続されている。つまり、SBD2およびPIND2は、第1外周電極73を通してゲート電極29(ゲートパッド43)と電気的に接続されている。SBD2のカソードはソース電極28(ソース配線52)と電気的に接続されている。SBD2のアノードはPIND2のアノードと窒化物半導体層71により電気的に接続されている。PIND2のカソードは、第1外周電極73(ゲートパッド43)と電気的に接続されている。
[窒化物半導体装置の製造方法]
図11~図16を参照して、窒化物半導体装置10の製造方法の一例について説明する。図11~図16は、窒化物半導体装置10の製造過程の断面構造を模式的に示している。以下の説明では、上述の窒化物半導体装置10の構成要素との関係性を明確にするため、同一の構成要素には同一符号を付している。
図11に示すように、窒化物半導体装置10の製造方法は、半導体層20を形成することを含む。一例では、窒化物半導体装置10の製造方法は、半導体基板21にバッファ層22を形成すること、半導体基板21の上に電子走行層23を形成すること、および電子走行層23の上に電子供給層24を形成すること、を含む。電子走行層23は、バッファ層22の上に形成される。
一例では、まず半導体基板21が準備される。半導体基板21が例えばSi基板が用いられる。続いて、半導体基板21上にバッファ層22、電子走行層23、および電子供給層24が順次積層される。バッファ層22、電子走行層23、および電子供給層24は、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いてエピタキシャル成長させることができる。
詳細な図示は省略するが、一例では、バッファ層22は多層バッファ層であってよい。多層バッファ層は、半導体基板21上に形成されたAlN層(第1バッファ層)と、AlN層に形成されたグレーデッドAlGaN層(第2バッファ層)とを含み得る。グレーデッドAlGaN層は、例えばAlN層に近い側から順にAl組成を75%、50%、25%とした3つのAlGaN層を積層することによって形成できる。
バッファ層22上に積層された電子走行層23はGaN層であってよい。電子走行層23上に積層された電子供給層24はAlGaN層であってよい。電子供給層24は、電子走行層23よりも大きなバンドギャップを有する。
図12および図13に示すように、窒化物半導体装置10の製造方法は、ゲート層26を形成すること、および窒化物半導体層71を形成することと、ゲート電極29を形成すること、および第2外周電極72を形成することと、を含む。
この工程では、まず図12に示すように、ゲート層26および窒化物半導体層71を構成する窒化物半導体層801が電子供給層24の上に形成される。窒化物半導体層801は、電子供給層24等と同様にエピタキシャル成長させることができる。窒化物半導体層801は、例えばアクセプタ型不純物を含むGaN層である。窒化物半導体層801を成長させる間にMgをドーピングすることによって、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体層801を形成できる。窒化物半導体層801にドーピングされるMgの量は、例えば成長チャンバ内に流入されるドーピングガス(例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg))の流量、成長温度などを制御することによって調整できる。一例では、窒化物半導体層801は、1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下の濃度のMgを不純物として含んでよい。また一例では、窒化物半導体層801は、2×1018cm-3以上5×1018cm-3以下の濃度のMgを不純物として含んでよい。成長チャンバから取り出された後、ドーピングされたMgを活性化するため、窒素雰囲気中で熱処理が行われる。この熱処理によってMgと結合していた水素が解離する。これにより、Mgの活性化率が向上する。その結果、1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下という比較的低いMg濃度においてノーマリオフ動作が実現する。
続いて、窒化物半導体層801の上に電極層802が形成される。電極層802は、TiNを含む第1電極層と、Tiを含む第2電極層との積層構造であってよい。続いて、図13に示すように、第1マスク(図示略)を用いたリソグラフィおよびエッチングによって電極層802が選択的に除去される。第1マスクは、電極層802上に形成される。第1マスクは、ゲート電極29および第2外周電極72以外の電極層802を露出する開口を含む。電極層802は、開口によって露出された部分が除去される。これにより、ゲート電極29および第2外周電極72が形成される。つまり、ゲート電極29を形成することおよび第2外周電極72を形成することは、共通の工程で実施される。この場合、ゲート電極29および第2外周電極72は、互いに同じ材料によって形成される。ゲート電極29および第2外周電極72の形成後、第1マスクは除去される。
続いて、第2マスク(図示略)を用いた異方性エッチングによって窒化物半導体層801が選択的に除去される。第2マスクは、ゲート電極29および第2外周電極72の各々の側面を覆う。窒化物半導体層801のうちゲート電極29、第2外周電極72、および第2マスク以外の部分が除去される。これにより、ゲート層26および窒化物半導体層71が形成される。つまり、窒化物半導体層71を形成することおよびゲート層26を形成することは、共通の工程で実施される。この場合、窒化物半導体層71の不純物濃度は、ゲート層26の不純物濃度と等しい。窒化物半導体層71およびゲート層26の形成後、第2マスクは除去される。
図14に示すように、窒化物半導体装置10の製造方法は、第1絶縁層31を形成することを含む。第1絶縁層31は、例えばSiN層であってよい。第1絶縁層31は、例えば化学気相成長(Chemical Vapor Deposition)法によって形成されてよい。続いて、第1絶縁層31に、例えばリソグラフィおよびエッチングによってドレイン開口31B、ソース開口31A、および外周開口31Cが形成される。
図15に示すように、窒化物半導体装置10の製造方法は、ソース電極28およびドレイン電極27を形成すること、および第1外周電極73を形成することを含む。
この工程では、まず第1絶縁層31の上に金属層(図示略)が形成される。一例では、金属層は、第1絶縁層31に接する第1金属層と、第1金属層に積層された第2金属層と、第2金属層に積層された第3金属層と、第3金属層に積層された第4金属層とによって構成されている。第1金属層は例えばTi層であり、第2金属層は例えばAl層であり、第3金属層は例えばTi層であり、第4金属層は例えばTiN層である。金属層は、ドレイン開口31B、ソース開口31A、および外周開口31Cの各々に充填される。これにより、金属層は、ドレイン開口31B、ソース開口31A、および外周開口31Cを通して電子供給層24に接する。続いて、第3マスク(図示略)を用いたリソグラフィおよびエッチングによって金属層が選択的に除去される。これにより、ドレイン電極27、ソース電極28、および第1外周電極73が形成される。つまり、ドレイン電極27を形成すること、ソース電極28を形成すること、および第1外周電極73を形成することは、共通の工程で実施される。この場合、ドレイン電極27、ソース電極28、および第1外周電極73は、互いに同じ材料によって形成される。ドレイン電極27、ソース電極28、および第1外周電極73の形成後、第3マスクは除去される。この後、550℃程度の熱処理が行われる。これにより、ドレイン電極27、ソース電極28、および第1外周電極73は、電子走行層23と電子供給層24との界面にある2DEG25とオーミック接触する。なお、ドレイン電極27、ソース電極28、および第1外周電極73が2DEG25とオーミック接触できれば、熱処理の温度は550℃程度に限られず、任意に変更可能である。
図16に示すように、窒化物半導体装置10の製造方法は、第2絶縁層32を形成することを含む。第2絶縁層32は、例えばSiO2層であってよい。第2絶縁層32は、例えばCVD法によって形成されてよい。その後、第2絶縁層32の上部を平坦化する処理が実施されてよい。これにより、第2絶縁層32の上面は、Z方向に直交する平坦面になる。
図示していないが、窒化物半導体装置10の製造方法は、ドレインビア61、ソースビア62、ゲートビア63、第2外周ビア67、および第1外周ビア68を形成することと、ドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53を形成することと、第3絶縁層33を形成することと、ドレインパッドビア64、ソースパッドビア65、およびゲートパッドビア66を形成することと、ドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43を形成することと、外周分離領域81を形成すること、ならびに保護層34を形成すること、を含む。
各ビア61~63,67,68を形成することでは、ドレイン電極27、ソース電極28、ゲート電極29、第2外周電極72、および第1外周電極73の各々の一部が露出するように第1絶縁層31および第2絶縁層32の少なくとも1つに貫通孔が形成される。続いて、これら貫通孔に導電材料が充填される。これにより、各ビア61~63,67,68が形成される。
各配線51~53を形成することでは、まず第2絶縁層32の上に例えばスパッタ法によって配線層が形成される。続いて、マスクを用いたリソグラフィおよびエッチングによって配線層が選択的に除去される。これにより、各配線51~53が形成される。
第3絶縁層33を形成することでは、例えばCVD法によって第2絶縁層32の上に第3絶縁層33が形成される。これにより、第3絶縁層33は、各配線51~53を覆うように形成される。
各ビア64~66を形成することでは、各配線51~53の一部が露出するように第3絶縁層33に貫通孔が形成される。続いて、これら貫通孔に導電材料が充填される。これにより、各ビア64~66が形成される。
各パッド41~43を形成することでは、第3絶縁層33の上に例えばスパッタ法によってパッド層(導電層)が形成される。続いて、マスクを用いたリソグラフィおよびエッチングによってパッド層(導電層)が選択的に除去される。これにより、各パッド41~43が形成される。
外周分離領域81を形成することでは、エッチングを用いて半導体層20の電子供給層24を貫通するとともに電子走行層23のZ方向の少なくとも一部を除去することによって外周分離領域81が形成される。エッチングとしては、メサエッチングが用いられてよい。第1実施形態では、外周分離領域81は、エッチングによって電子走行層23のZ方向において部分的に除去するように形成される。また、外周分離領域81を形成することでは、エッチングを用いて絶縁層30を選択的に除去することを含んでよい。
保護層34を形成することでは、例えばCVD法によって第3絶縁層33の上に保護層34が形成される。保護層34は、第1~第3絶縁層31~33の側面を覆うとともに外周分離領域81を覆うように形成される。保護層34を形成することでは、ドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43を露出する開口が形成される。以上の工程を経て、窒化物半導体装置10が製造される。
[第1実施形態の作用]
第1実施形態の窒化物半導体装置10の作用について説明する。
窒化物半導体装置10では、図10に示すように、ゲート層26とゲート電極29とがSBD1を形成し、ゲート層26、電子供給層24、および電子走行層23がPIND1を形成している。このような窒化物半導体装置10では、PIND1に逆バイアスのサージが印加されるとESD耐量が小さくなることが発明者らの実験で明らかになった。その理由としては、PIND1においては、逆方向リーク電流が少なく、寄生素子も無いため、サージ電流を十分に流すことができないからと考えられる。一方、SBD1に逆バイアスが印加された場合は、逆方向リーク電流が多いため、サージ電流を流すことができる。これにより、ESD耐量が大きくなると考えられる。つまり、ゲート・ソース間のESD耐量として、ゲート電極29に負の電圧が印加され、ソース電極28に正の電圧が印加される場合、静電気に起因して発生したサージ電流は、ソース電極28からゲート電極29に向けて流れる。このようなサージ電流がPIND1を逆方向に流れると、セル領域11のトランジスタセルTrが低いサージ電圧で静電破壊するおそれがある。
そこで、窒化物半導体装置10では、第2外周電極72および窒化物半導体層71と第1外周電極73とが外周領域12に設けられている。外周領域12の2DEG25は、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体層71によって、セル領域11の2DEG25とは分離されている。このため、静電気に起因してゲート・ソース間に加わるサージ電圧として、ソースパッド42に正の電圧が印加され、ゲートパッド43に負の電圧が印加された場合、サージ電流は、第2外周電極72、窒化物半導体層71、外周領域12の2DEG25、および第1外周電極73の順に流れる。つまり、サージ電流は、図10に示すSBD2からPIND2に流れる。これにより、サージ電流はセル領域11のトランジスタセルTr1~Tr4に流れることが抑制される。このように、第2外周電極72および窒化物半導体層71と第1外周電極73とがトランジスタセルTr1~Tr4に対してサージ電流の影響から保護する保護素子を構成している。
[第1実施形態の効果]
第1実施形態の窒化物半導体装置10によれば、以下の効果が得られる。
(1-1)窒化物半導体装置10は、半導体基板21と、半導体基板21の上に位置する電子走行層23と、電子走行層23の上に位置し、電子走行層23よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層24と、電子供給層24の上に部分的に位置し、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層26と、ゲート層26の上に位置するゲート電極29と、電子供給層24の上に位置し、互いに離隔するソース電極28およびドレイン電極27と、を備える。また、窒化物半導体装置10は、ゲート電極29、ソース電極28、およびドレイン電極27を含むトランジスタが設けられるセル領域11と、平面視においてセル領域11を囲む外周領域12と、外周領域12に位置し、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成された窒化物半導体層71と、窒化物半導体層71の上に位置する第2外周電極72と、外周領域12に位置する第1外周電極73と、を備える。第1外周電極73は、ゲート電極29と電気的に接続されている。第2外周電極72は、ソース電極28と電気的に接続されている。
この構成によれば、静電気に起因して発生するソースからゲートに向けて流れるサージ電流は、第2外周電極72、窒化物半導体層71、および第1外周電極73の順に流れる。つまり、外周領域12においてサージ電流が流れる。これにより、サージ電流がセル領域11に流れることが抑制されるため、窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。
(1-2)窒化物半導体層71は、平面視において第1外周電極73よりもセル領域11寄りに位置するとともに、セル領域11のトランジスタと2DEG25を通して電気的に接続されている。
この構成によれば、第1外周電極73とセル領域11との間に窒化物半導体層71が位置するため、第1外周電極73とセル領域11との間のリーク電流、および第2外周電極72とセル領域11との間のリーク電流を低減できる。加えて、窒化物半導体層71とセル領域11との間に素子分離領域が設けられていないため、窒化物半導体装置10の小型化を図ることができる。
(1-3)窒化物半導体層71は、平面視において環状である。
この構成によれば、第1外周電極73とセル領域11のソース電極28との間のリーク電流をさらに低減できる。
(1-4)第1外周電極73は、平面視において窒化物半導体層71および第2外周電極72を囲む環状である。
この構成によれば、窒化物半導体装置10の大型化を抑制するとともに第1外周電極73の長さを確保できる。したがって、窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。
(1-5)第1外周電極73の全体の長さは、ゲート電極29の全体の長さの1%以上40%以下である。
この構成によれば、第1外周電極73の全体の長さがゲート電極29の全体の長さの1%以上であるため、第1外周電極73の長さを確保できる。これにより、窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。加えて、第1外周電極73の全体の長さがゲート電極29の全体の長さの40%以下であることによって、ゲート容量が過度に増加することを抑制できる。したがって、窒化物半導体装置10のスイッチング速度の低下を抑制できる。
(1-6)第1外周電極73の全体の長さは、ゲート電極29の全体の長さの5%以上20%以下である。
第1外周電極73の全体の長さがゲート電極29の全体の長さの5%以上であるため、第1外周電極73の長さを十分に確保できる。これにより、窒化物半導体装置10のESD耐量のさらなる向上を図ることができる。加えて、第1外周電極73の全体の長さがゲート電極29の全体の長さの20%以下であることによって、ゲート容量が過度に増加することをさらに抑制できる。したがって、窒化物半導体装置10のスイッチング速度の低下をさらに抑制できる。
(1-7)ゲート層26の不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下である。
この構成によれば、ゲート層26の不純物濃度が低く設定され、かつゲート層26の活性化率が高くなる。これにより、ゲート・ソース間に加わるサージ電圧により、ゲート電極29に正の電圧が印加され、ソース電極28に負の電圧が印加される場合における窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。
(1-8)ゲート層26の不純物濃度は、2×1018cm-3以上5×1018cm-3以下である。
この構成によれば、ゲート層26の不純物濃度が低く設定され、かつゲート層26の活性化率が高くなる。これにより、ゲート・ソース間に加わるサージ電圧により、ゲート電極29に正の電圧が印加され、ソース電極28に負の電圧が印加される場合における窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。
(1-9)ゲート電極29とゲート層26とは、ショットキー接合されている。この場合、窒化物半導体装置10のトランジスタのドレインおよびソースと逆並列に接続される保護ダイオードをPN接合として同一の半導体層20に集積化することは困難である。この点、この実施形態では、半導体層20の外周領域12において窒化物半導体層71および第2外周電極72と、第1外周電極73とによって構成された保護素子が設けられている。これにより、保護ダイオードが設けられていなくても、静電気から窒化物半導体装置10のトランジスタを保護できる。
(1-10)ゲート電極29のうちゲート層26と接触する部分は、TiN、TaN、WN、TiSiN、TaSiN、WSi、およびWSiNのうち少なくとも1つを含む。
この構成によれば、ゲート電極29とゲート層26とでショットキー接合を形成するとともに、ゲート電極29を例えばドライエッチングによって容易に加工できる。
(1-11)窒化物半導体装置10の製造方法は、半導体基板21の上に電子走行層23を形成することと、電子走行層23よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層24を電子走行層23の上に形成することと、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層26を電子供給層24の上に部分的に形成することと、ゲート層26の上にゲート電極29を形成することと、電子供給層24の上に互いに離隔したソース電極28およびドレイン電極27を形成することと、を備える。窒化物半導体装置10は、ゲート電極29、ソース電極28、およびドレイン電極27を含むトランジスタが設けられるセル領域11と、平面視においてセル領域11を囲む外周領域12と、を備える。窒化物半導体装置10の製造方法は、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成された窒化物半導体層71を電子供給層24の上のうち外周領域12に形成することと、窒化物半導体層71の上に第2外周電極72をソース電極28と電気的に接続するように形成することと、外周領域12に第1外周電極73をゲート電極29と電気的に接続するように形成することと、を備える。
この構成によれば、静電気に起因して発生するソースからゲートに向けて流れるサージ電流は、第2外周電極72、窒化物半導体層71、および第1外周電極73の順に流れる。つまり、外周領域12においてサージ電流が流れる。これにより、サージ電流がセル領域11に流れることが抑制されるため、窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。
(1-12)窒化物半導体層71を形成することおよびゲート層26を形成することは、共通の工程で実施される。窒化物半導体層71の不純物濃度は、ゲート層26の不純物濃度と等しい。
この構成によれば、共通の工程で窒化物半導体層71およびゲート層26が形成されるとともに、窒化物半導体層71へのドーピング量とゲート層26へのドーピング量とを変更する必要がなくなる。したがって、窒化物半導体装置10の製造工程の簡素化を図ることができる。
(1-13)ゲート電極29を形成することおよび第2外周電極72を形成することは、共通の工程で実施される。ゲート電極29および第2外周電極72は、互いに同じ材料によって形成される。
この構成によれば、共通の材料および共通の工程によってゲート電極29および第2外周電極72が形成されるため、窒化物半導体装置10の製造工程の簡素化を図ることができる。
(1-14)ドレイン電極27を形成すること、ソース電極28を形成すること、および第1外周電極73を形成することは、共通の工程で実施される。ドレイン電極27、ソース電極28、および第1外周電極73は、互いに同じ材料によって形成される。
この構成によれば、共通の材料および共通の工程によってドレイン電極27、ソース電極28、および第1外周電極73が形成されるため、窒化物半導体装置10の製造工程の簡素化を図ることができる。
(1-15)外周分離領域81は、Z方向において電子供給層24を貫通するとともに電子走行層23の少なくとも一部が窪む窪み部81Aを含む。窪み部81Aは、エッチングによって形成される。これにより、外周分離領域81を容易に形成できる。
<第2実施形態>
図17~図20を参照して、第2実施形態の窒化物半導体装置10について説明する。第2実施形態の窒化物半導体装置10では、第1実施形態の窒化物半導体装置10と比較して、外周領域12の構成が主に異なる。以下では、第1実施形態と共通する構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
[窒化物半導体装置の構成]
図17~図20を参照して、第2実施形態の窒化物半導体装置10の構成について説明する。図17は、第2実施形態の窒化物半導体装置10の平面構造を模式的に示している。図18は、図17の窒化物半導体装置10からドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43を省略した状態の平面構造を模式的に示している。図19は、図18の窒化物半導体装置10から後述するドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53を省略した状態の平面構造を模式的に示している。図20は、図17のF20-F20線で窒化物半導体装置10を切断した断面構造を模式的に示している。
図18および図19に示すように、第2実施形態の窒化物半導体装置10では、第1外周電極73と、窒化物半導体層71および第2外周電極72との位置関係が第1実施形態とは異なる。第2実施形態では、第1外周電極73は、平面視において第2外周電極72よりもセル領域11寄りに位置している。第1外周電極73は、平面視において窒化物半導体層71よりもセル領域11寄りに位置している。
第2実施形態の窒化物半導体装置10は、セル領域11と外周領域12との間に位置する素子分離領域82をさらに備える。素子分離領域82は、セル領域11と外周領域12とを電気的に分離している。素子分離領域82は、平面視においてセル領域11を囲む環状である。このため、第2実施形態では、平面視において、窒化物半導体装置10のうち素子分離領域82よりも内側の領域がセル領域11であり、素子分離領域82よりも半導体層20の周縁寄りの領域が外周領域12である。
一例では、素子分離領域82は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の素子分離領域82の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。図19に示すように、素子分離領域82は、第1外周電極73とソース電極28との間に配置されている。このため、第1外周電極73は、外周領域12に設けられているといえる。一例では、素子分離領域82とセル領域11の最外周のソース電極28のソースコンタクト28AとのX方向の間の第1距離は、素子分離領域82と第1外周電極73とのX方向の間の第2距離よりも小さくてよい。別の例では、第1距離は、第2距離以上であってもよい。
図20に示すように、素子分離領域82は、Z方向において電子供給層24を貫通するとともに電子走行層23の少なくとも一部が窪む窪み部82Aを含む。つまり、素子分離領域82では、半導体層20から電子供給層24が除去されている。図20に示す例では、素子分離領域82は、Z方向において電子走行層23を貫通している。つまり、素子分離領域82では、半導体層20から電子走行層23も除去されている。このため、素子分離領域82では、Z方向においてバッファ層22が露出している。図20に示す例では、素子分離領域82は、エッチング(例えばメサエッチング)によって電子走行層23および電子供給層24の双方が除去されることによって形成されている。一例では、素子分離領域82の窪み部82Aの深さは、外周分離領域81の窪み部81Aの深さよりも大きい。一例では、素子分離領域82の窪み部82Aの幅(素子分離領域82の幅WB)は、外周分離領域81の窪み部81Aの幅(外周分離領域81の幅WA)よりも小さい。換言すると、外周分離領域81の幅WAは、素子分離領域82の幅WBよりも大きい。一例では、素子分離領域82には、第1絶縁層31が埋設されている。なお、第1絶縁層31は、素子分離領域82に埋設されていなくてもよい。
ここで、素子分離領域82の窪み部82Aの深さは、半導体層20の第1面20Sと窪み部82Aの底面(バッファ層22の表面)とのZ方向の間の距離によって定義できる。外周分離領域81の窪み部81Aの深さは、半導体層20の第1面20Sと窪み部81Aの底面(バッファ層22の表面)とのZ方向の間の距離によって定義できる。素子分離領域82の窪み部82Aの幅は、平面視において窪み部82Aが延びる方向と直交する方向の寸法によって定義できる。外周分離領域81の窪み部81Aの幅は、平面視において窪み部81Aが延びる方向と直交する方向の寸法によって定義できる。
一例では、素子分離領域82には、第1絶縁層31が埋設されている。図20に示す例では、第1絶縁層31は、素子分離領域82の全体に隙間なく埋め込まれている。なお、素子分離領域82と第1絶縁層31との関係は任意に変更可能である。一例では、第1絶縁層31は、素子分離領域82に部分的に埋め込まれていてもよい。この場合、素子分離領域82には、空隙が形成されてよい。
第1外周電極73は、平面視において素子分離領域82と窒化物半導体層71との間に配置されている。第1外周電極73は、平面視において素子分離領域82を囲む環状である。一例では、第1外周電極73は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の第1外周電極73の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。
窒化物半導体層71は、平面視において第1外周電極73と外周分離領域81との間に配置されている。窒化物半導体層71は、平面視において第1外周電極73を囲む環状である。一例では、窒化物半導体層71は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の窒化物半導体層71の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。
窒化物半導体層71上に配置された第2外周電極72は、平面視において第1外周電極73を囲む環状である。一例では、第2外周電極72は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の第2外周電極72の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。
図17および図19に示すように、窒化物半導体層71および第2外周電極72の双方は、X方向においてゲートパッド43よりも半導体層20の周縁寄りに位置している。図18に示すように、窒化物半導体層71および第2外周電極72の双方は、X方向においてゲート配線53よりも半導体層20の周縁寄りに位置している。
図19に示すように、第1外周電極73の幅WGCは、素子分離領域82の幅WB(図20参照)よりも大きい。第2外周電極72の幅WSA(図20参照)は、素子分離領域82の幅WBよりも大きい。ここで、素子分離領域82の幅WBは、平面視において素子分離領域82が延びる方向と直交する方向の寸法によって定義できる。
図18に示すように、ソース接続配線54は、X方向においてゲート配線53よりも半導体層20の周縁寄りに配置されている。ソース接続配線54は、平面視において第2外周電極72と重なるように配置されている。一例では、ソース接続配線54は、Y方向に離隔して配置された全てのソース配線52を接続するように、Y方向に延びている。
窒化物半導体層71の拡幅部71Aおよび第2外周電極72の拡幅部72Aの双方は、X方向においてゲートパッド43よりも半導体層20の周縁寄りに位置している。また拡幅部71A,72Aは、X方向においてゲート配線53よりも半導体層20の周縁寄りに配置されている。拡幅部71A,72Aは、平面視においてソース接続配線54と重なるように配置されている。図19に示すように、拡幅部71A,72Aは、平面視において第1外周電極73とは反対側に延びている。
[窒化物半導体装置の製造方法]
第2実施形態の窒化物半導体装置10の製造方法は、素子分離領域82を形成する工程が追加される点以外は、第1実施形態と同様である。一例では、窒化物半導体装置10の製造方法は、セル領域11と外周領域12との間に、セル領域11と外周領域12とを電気的に分離する素子分離領域82を形成することを含む。素子分離領域82を形成することは、エッチングによって素子分離領域82を形成することを含む。素子分離領域82を形成することは、外周分離領域81を形成することよりも前の工程で実施される。一例では、素子分離領域82を形成することは、ゲート電極29および第2外周電極72を形成することと、第1絶縁層31を形成することとの間に実施されてよい。この場合、素子分離領域82の窪み部82Aには、第1絶縁層31の一部が埋設される。
[第2実施形態の効果]
第2実施形態の窒化物半導体装置10によれば、以下の効果が得られる。
(2-1)窒化物半導体装置10は、セル領域11と外周領域12とを電気的に分離する素子分離領域82を備える。素子分離領域82は、セル領域11と外周領域12との間に位置している。第1外周電極73は、平面視において第2外周電極72よりもセル領域11寄りに位置している。素子分離領域82は、第1外周電極73とセル領域11との間に位置している。
この構成によれば、素子分離領域82によってセル領域11と外周領域12とが電気的に分離されているため、第2外周電極72とセル領域11のソース電極28またはドレイン電極27との間のリーク電流を低減できる。
(2-2)素子分離領域82は、平面視においてセル領域11を囲む環状である。第1外周電極73は、平面視において素子分離領域82を囲む環状である。
この構成によれば、環状の素子分離領域82によって第2外周電極72とセル領域11のソース電極28またはドレイン電極27との間のリーク電流を低減できる効果を高めることができる。加えて、第1外周電極73が素子分離領域82を囲む環状に形成されるため、窒化物半導体装置10の大型化を抑制するとともに第1外周電極73の長さを確保できる。したがって、窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。
(2-3)窒化物半導体層71は、平面視において第1外周電極73を囲む環状である。
この構成によれば、窒化物半導体層71の上の第2外周電極72が第1外周電極73およびセル領域11を囲むように設けられているため、窒化物半導体装置10における外周領域12の電位の安定化を図ることができる。また、窒化物半導体層71の上の第2外周電極72によって半導体層20の外周縁が覆われるため、絶縁層30中における可動イオンまたは水分の電界による移動が抑制される。これにより、窒化物半導体装置10の耐湿性に対する信頼性の向上を図ることができる。
(2-4)素子分離領域82は、電子走行層23の厚さ方向(Z方向)の全体にわたり延びている。これにより、素子分離領域82によって第2外周電極72とセル領域11のソース電極28またはドレイン電極27との間のリーク電流を低減できる効果を高めることができる。
(2-5)素子分離領域82は、Z方向において電子供給層24を貫通するとともに電子走行層23の少なくとも一部が窪む窪み部82Aを含む。窪み部82Aはエッチングによって形成される。これにより、素子分離領域82を容易に形成できる。
<第3実施形態>
図21~図27を参照して、第3実施形態の窒化物半導体装置10について説明する。第3実施形態の窒化物半導体装置10では、第2実施形態の窒化物半導体装置10と比較して、外周領域12の構成が主に異なる。以下では、第2実施形態と共通する構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
[窒化物半導体装置の構成]
図21~図25を参照して、第3実施形態の窒化物半導体装置10の構成について説明する。図21は、第3実施形態の窒化物半導体装置10の平面構造を模式的に示している。図22は、図21の窒化物半導体装置10からドレインパッド41、ソースパッド42、およびゲートパッド43を省略した状態の平面構造を模式的に示している。図23は、図22の窒化物半導体装置10からドレイン配線51、ソース配線52、およびゲート配線53を省略した状態の平面構造を模式的に示している。図24は、図21のF24-F24線で窒化物半導体装置10を切断した断面構造を模式的に示している。図25は、図21のF25-F25線で窒化物半導体装置10を切断した断面構造であって、第1外周電極73およびその周辺を拡大した断面構造を模式的に示している。
図21~図23に示すように、第3実施形態の窒化物半導体装置10では、第2実施形態の窒化物半導体装置10から窒化物半導体層71および第2外周電極72が省略されている。このように、第3実施形態の窒化物半導体装置10は、セル領域11と外周領域12とを電気的に分離する素子分離領域82と、外周領域12に位置する第1外周電極73と、を備える。素子分離領域82は、第2実施形態と同様に、セル領域11と外周領域12との間に位置している。平面視における素子分離領域82の形状および平面視における第1外周電極73の形状は、第2実施形態と同様である。また、Z方向に沿う平面で素子分離領域82を切断した断面形状は、第2実施形態と同様である。図23および図24に示すとおり、素子分離領域82の幅および深さのそれぞれは、第2実施形態と同様である。第1外周電極73の幅は、第2実施形態と同様である。ゲート配線53とゲートパッド43との位置関係は、第1実施形態と同様である。
図22に示すように、ソース接続配線54が省略されている。各ソース配線52は、平面視において素子分離領域82よりも内方に位置している。
図23に示す例では、素子分離領域82と第1外周電極73とのX方向の間の距離は、素子分離領域82とセル領域11の最外周のソース電極28のソースコンタクト28AとのX方向の間の距離よりも小さい。つまり、素子分離領域82は、X方向において、セル領域11の最外周のソース電極28のソースコンタクト28Aよりも第1外周電極73の近くに配置されている。
図24に示すように、窒化物半導体装置10は、Z方向においてソース電極28と半導体基板21とを電気的に接続するビア91を備える。ビア91は、セル領域11において電子供給層24および電子走行層23の双方を貫通している。ビア91は、バッファ層22をさらに貫通している。これにより、ビア91は、ソース電極28と半導体基板21との双方に接している。ビア91は、Ti、TiN、Au、Ag、Cu、Al、およびWのうち1つまたは複数が適宜選択されたものを含む材料によって埋め込まれていてよい。このように、半導体基板21は、ソース電極28と電気的に接続されている。なお、ビア91の個数は任意に変更可能である。一例では、ビア91は、複数設けられてよい。
図25に示すとおり、第1外周電極73とゲート電極29との電気的接続構造は、第1実施形態(第2実施形態)と同様である。つまり、ゲートビア63によってゲート電極29とゲート配線53とが接続され、第1外周ビア68によって第1外周電極73とゲート配線53とが接続されている。
[窒化物半導体装置の製造方法]
第3実施形態の窒化物半導体装置10の製造方法は、ソース電極28が半導体基板21と電気的に接続するように形成される点、並びに窒化物半導体層71を形成する工程および第2外周電極72を形成する工程が省略される点以外は、第2実施形態と同様である。
図26を参照して、第3実施形態の窒化物半導体装置10の製造方法において追加される工程について説明する。
窒化物半導体装置10の製造方法は、ソース電極28が半導体基板21と電気的に接続するように形成されることとして、ソース電極28と半導体基板21とを接続するビア91を形成することを備える。この工程では、まず例えばエッチングを用いて半導体層20に貫通孔91Aが形成される。貫通孔91Aは、電子供給層24、電子走行層23、およびバッファ層22をZ方向に貫通している。この貫通孔91Aによって半導体基板21が露出する。続いて、貫通孔91Aに導電材料が充填される。この導電材料は、ビア91を構成する材料である。これにより、半導体基板21と接するビア91が形成される。ビア91は、例えば柱状の部品であり、半導体層20の第1面20Sから露出している。
その後、図示していないが、ドレイン電極27、ソース電極28、および第1外周電極73が形成されることによって、ソース電極28とビア91とが接する。これにより、ビア91を通してソース電極28が半導体基板21と電気的に接続される。
[第3実施形態の作用]
図24、図25および図27を参照して、第3実施形態の窒化物半導体装置10の作用について説明する。図27は、窒化物半導体装置10の回路構成を模式的に示している。
第3実施形態の窒化物半導体装置10は、バッファ層22および電子走行層23によって構成される抵抗RAを含む。図25に示すように、第1外周電極73は、第1外周ビア68、ゲート配線53、およびゲートパッドビア66を通してゲートパッド43と電気的に接続されている。図24に示すように、第1外周電極73は、抵抗RAとして機能する電子走行層23およびバッファ層22を通して半導体基板21と電気的に接続される。半導体基板21は、ビア91およびソース電極28と電気的に接続されている。ソース電極28は、第1実施形態と同様に、ソースパッド42と電気的に接続されている。したがって、抵抗RAは、ゲート電極29とソースパッド42との間に接続される。
ゲート・ソース間に加わるサージ電圧によって、ゲートパッド43に負の電圧が印加され、ソースパッド42に正の電圧が印加されると、ソース電極28に電気的に接続された半導体基板21からゲートパッド43に向けてサージ電流が流れようとする。ゲートパッド43に対して電気的に接続された第1外周電極73は、電子供給層24とオーミック接触している。したがって、サージ電流は、第1外周電極73を通してゲートパッド43に向けてゲート電極29ではなく、第1外周電極73に流れる。このため、図27に示すように、窒化物半導体装置10のゲート電極29は、抵抗RA(バッファ層22および電子走行層23)を介してソースパッド42に電気的に接続されている。したがって、サージ電流は、抵抗RAを通して第1外周電極73に流れる。このように、サージ電流がセル領域11に流れることを抑制できる。
[第3実施形態の効果]
第3実施形態の窒化物半導体装置10によれば、第2実施形態の(2-1)、(2-2)、(2-4)、および(2-5)と同様の効果に加え、以下の効果が得られる。
(3-1)窒化物半導体装置10は、半導体基板21と、半導体基板21の上に位置する電子走行層23と、電子走行層23の上に位置し、電子走行層23よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層24と、電子供給層24の上に部分的に位置し、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層26と、ゲート層26の上に位置するゲート電極29と、電子供給層24の上に位置し、互いに離隔するソース電極28およびドレイン電極27と、を備える。窒化物半導体装置10は、ゲート電極29、ソース電極28、およびドレイン電極27を含むトランジスタが設けられるセル領域11と、平面視においてセル領域11を囲む外周領域12と、セル領域11と外周領域12との間に位置し、セル領域11と外周領域12とを電気的に分離する素子分離領域82と、外周領域12に位置する第1外周電極73と、を備える。半導体基板21は、ソース電極28と電気的に接続されている。第1外周電極73は、ゲート電極29と電気的に接続されている。
この構成によれば、ゲート・ソース間に加わるサージ電圧として、ゲート電極29に負の電圧が印加され、ソース電極28に正の電圧が印加される場合にサージ電流が半導体基板21から第1外周電極73に向けて流れるため、サージ電流がセル領域11に流れることを抑制できる。したがって、窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。
<第4実施形態>
図28および図29を参照して、第4実施形態の窒化物半導体装置10について説明する。第4実施形態の窒化物半導体装置10では、第1実施形態の窒化物半導体装置10と比較して、外周領域12の構成が主に異なる。以下では、第1実施形態と共通する構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図28は、第4実施形態の窒化物半導体装置10の簡略的な電気的接続構造を示している。図29は、窒化物半導体装置10の外周領域12における概略断面構造を模式的に示している。
[窒化物半導体装置の構成]
図28に示すように、第4実施形態の窒化物半導体装置10は、外周領域12に設けられた窒化物半導体層74および第3外周電極75を備える。第3外周電極75は、窒化物半導体層74上に配置されている。一例では、窒化物半導体層74は、電気的にフローティング状態である。窒化物半導体層74の電位は、第1外周電極73の電位と異なるといえる。窒化物半導体層74の電位は、窒化物半導体層71の電位とは異なるといえる。窒化物半導体層74の電位は、ソース電極28の電位とは異なるといえる。一例では、第3外周電極75は、電気的にフローティング状態である。ここで、窒化物半導体層74は「第2窒化物半導体層」の一例であり、窒化物半導体層71は「第1窒化物半導体層」の一例である。
窒化物半導体層74および第3外周電極75の各々は、平面視において第2外周電極72と第1外周電極73との間に配置されている。窒化物半導体層74は、窒化物半導体層71から間隔を空けて配置されている。窒化物半導体層74は、平面視において窒化物半導体層71を囲む環状を有する。一例では、窒化物半導体層74は、平面視において閉じた環状を有する。一例では、窒化物半導体層74は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の窒化物半導体層74の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。第3外周電極75は、平面視において第2外周電極72を囲む環状を有する。一例では、第3外周電極75は、平面視において閉じた環状を有する。一例では、第3外周電極75は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の第3外周電極75の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。
図29に示すように、窒化物半導体層74は、電子供給層24の上に設けられている。一例では、Z方向における窒化物半導体層74の位置は、Z方向における窒化物半導体層71の位置と同じである。窒化物半導体層74は、窒化物半導体によって構成されている。一例では、窒化物半導体層74は、電子供給層24よりも小さなバンドギャップを有し、かつアクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されている。一例では、窒化物半導体層74は、アクセプタ型不純物がドープされたGaN(p型GaN層)である。アクセプタ型不純物は、Mg、Zn、およびCのうち少なくとも1つであってよい。一例では、窒化物半導体層74の不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下である。また一例では、窒化物半導体層74の不純物濃度は、2×1018cm-3以上5×1018cm-3以下である。一例では、窒化物半導体層74の不純物濃度は、ゲート層26の不純物濃度と等しくてよい。一例では、窒化物半導体層74の不純物濃度は、窒化物半導体層71の不純物濃度と等しくてよい。なお、窒化物半導体層74の不純物濃度は任意に変更可能である。一例では、窒化物半導体層74の不純物濃度とゲート層26の不純物濃度とは互いに異なっていてもよい。一例では、窒化物半導体層71の不純物濃度と窒化物半導体層74の不純物濃度とは互いに異なっていてもよい。
窒化物半導体層74の幅WRは、例えばゲート層26の幅WGよりも大きい。一例では、窒化物半導体層74の幅WRは、ゲート層26の幅WGの2倍以上であってよい。一例では、窒化物半導体層74の幅WRは、ゲート層26の幅WGの25倍以下であってよい。一例では、窒化物半導体層74の幅WRは、ゲート層26の幅WGの2倍以上5倍以下、5倍以上10倍以下、10倍以上15倍以下、15倍以上20倍以下、および20倍以上25倍以下のうち少なくとも1つに属する範囲を有してよい。一例では、窒化物半導体層74の幅WRは、ゲート層26の幅WGの5倍以上15倍以下であるとよい。
窒化物半導体層74の幅WRは、例えば窒化物半導体層71の幅WSよりも大きい。一例では、窒化物半導体層74の幅WRは、窒化物半導体層71の幅WSの2倍以上であってよい。一例では、窒化物半導体層74の幅WRは、窒化物半導体層71の幅WSの25倍以下であってよい。ここで、窒化物半導体層74の幅WRは、平面視において窒化物半導体層74が延びる方向と直交する方向の寸法によって定義されてよい。窒化物半導体層74の厚さTRは、ゲート層26の厚さTGと等しくてよい。窒化物半導体層74の厚さTRは、窒化物半導体層71の厚さTSと等しくてよい。
第3外周電極75は、窒化物半導体層74と接している。第3外周電極75は、例えば窒化物半導体層74とショットキー接合する性質をもつ材料によって構成され得る。これにより、第3外周電極75と窒化物半導体層74とは、ショットキー接合されている。
第3外周電極75は、1つまたは複数の金属層を含んでよい。一例では、第3外周電極75は、窒化物半導体層74と接触する部分である第1金属層と、第1金属層の上に設けられた第2金属層とによって構成されていてもよい。第1金属層は、窒化物半導体層74とショットキー接合する性質を持つ材料によって構成され得る。一例では、第1金属層は、TiN、TaN、WN、TiSiN、TaSiN、WSi、およびWSiNのうち少なくとも1つを含む。一例では、第1金属層は、TiNを含む。一例では、第2金属層は、Tiを含む。このように、第3外周電極75は、ゲート電極29と同じ導電材料によって構成されている。
第3外周電極75の幅WRAは、例えばゲート電極29の幅WGAよりも大きい。一例では、第3外周電極75の幅WRAは、ゲート電極29の幅WGAの2倍以上であってよい。一例では、第3外周電極75の幅WRAは、ゲート電極29の幅WGAの25倍以下であってよい。第3外周電極75の幅WRAは、例えば第2外周電極72の幅WSAよりも大きい。一例では、第3外周電極75の幅WRAは、第2外周電極72の幅WSAの2倍以上であってよい。一例では、第3外周電極75の幅WRAは、第2外周電極72の幅WSAの25倍以下であってよい。
窒化物半導体層74および第3外周電極75の双方は、第1絶縁層31によって覆われている。このため、窒化物半導体層74および第3外周電極75と窒化物半導体層71および第2外周電極72との間には、第1絶縁層31が介在している。窒化物半導体層74および第3外周電極75と第1外周電極73との間には第1絶縁層31が介在している。
[窒化物半導体装置の製造方法]
第4実施形態の窒化物半導体装置10の製造方法は、窒化物半導体層74を形成することおよび第3外周電極75を形成することが追加された点以外は、第1実施形態と同様である。以下、追加される工程について説明する。
窒化物半導体装置10の製造方法は、上述のとおり、窒化物半導体層74を形成することを備える。窒化物半導体層74を形成することは、ゲート層26を形成することおよび窒化物半導体層71を形成することと共通の工程で実施される。窒化物半導体装置10の製造方法は、上述のとおり、第3外周電極75を形成することを備える。第3外周電極75を形成することは、ゲート電極29を形成することおよび第2外周電極72を形成することと共通の工程で実施される。
つまり、図12に示す窒化物半導体層801は、ゲート層26、窒化物半導体層71、および窒化物半導体層74を構成する。窒化物半導体層801の上に形成された電極層802は、ゲート電極29、第2外周電極72、および第3外周電極75を構成する。そして、リソグラフィおよびエッチングによって、電極層802および窒化物半導体層801が順に選択的に除去されることによって、ゲート電極29、第2外周電極72、および第3外周電極75と、ゲート層26、窒化物半導体層71、および窒化物半導体層74とが形成される。
[第4実施形態の作用]
第4実施形態の窒化物半導体装置10の作用について説明する。窒化物半導体装置10は、ゲート閾値電圧が正の値となるノーマリオフ型のHEMTである。
ゲート電圧Vgsが、セル領域11のトランジスタ(トランジスタセルTr1~Tr4)のゲート閾値電圧の負の値よりも負側に大きくなる場合に、セル領域11のソース電極28から第1外周電極73に向けて電流が流れるおそれがある。
この点、第4実施形態では、窒化物半導体層71と第1外周電極73との間に窒化物半導体層74が配置されているため、窒化物半導体層71と第1外周電極73との間では、2DEG25が空乏化されている。これにより、セル領域11のソース電極28から第1外周電極73に流れる電流が遮断される。したがって、セル領域11のソース電極28から第1外周電極73に電流が流れることを抑制できる。
一方、例えば静電気によるサージ電圧の絶対値は、ゲート電圧Vgsの絶対値よりも十分に大きい。このため、ゲート・ソース間に加わるサージ電圧として、ゲート電極29に負の電圧が印加され、ソース電極28に正の電圧が印加される場合、サージ電流は、第2外周電極72、窒化物半導体層71、および2DEG25を通り、第1外周電極73に流れる。または、サージ電流は、窒化物半導体層71に隣接するソース電極28から、2DEG25を通り、第1外周電極73に流れる。このため、サージ電流がセル領域11に流れることが抑制される。
このように、サージ電流は第2外周電極72、または、窒化物半導体層71に隣接するソース電極28から第1外周電極73に流れる一方、窒化物半導体装置10の動作時においてソース電極28から第1外周電極73に電流が流れることが抑制される。
[第4実施形態の効果]
第4実施形態の窒化物半導体装置10によれば、第1実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。
(4-1)窒化物半導体装置10は、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体層74を備える。窒化物半導体層74は、窒化物半導体層71と第1外周電極73との間に配置されている。
この構成によれば、窒化物半導体層74によって窒化物半導体層71と第1外周電極73との間で2DEG25の空乏化を図ることができる。このため、ゲート閾値電圧の負の値よりも負側に大きいゲート電圧Vgsが印加されても、セル領域11のソース電極28から第1外周電極73に電流が流れることを抑制できる。
(4-2)例えば窒化物半導体層74がソース電極28と電気的に接続された構成の場合、ゲート閾値電圧の負の値よりも負側に大きいゲート電圧Vgsが印加されると、窒化物半導体層74を通して第1外周電極73に電流が流れてしまう。
この点、第4実施形態では、窒化物半導体層74は、電気的にフローティング状態である。この構成によれば、窒化物半導体層74の直下の2DEG25の空乏化を図ることができるとともに、窒化物半導体層74から第1外周電極73に電流が流れることを抑制できる。
(4-3)窒化物半導体層74の幅WRは、ゲート層26の幅WGの2倍以上である。
この構成によれば、ゲート閾値電圧の負の値よりも負側に大きいゲート電圧Vgsが印加されても、セル領域11のソース電極28から第1外周電極73に電流が流れることをさらに抑制できる。
(4-4)窒化物半導体層74の幅WRは、ゲート層26の幅WGの25倍以下である。
この構成によれば、窒化物半導体装置10の大型化を抑制できる。
(4-5)窒化物半導体層74の幅WRは、ゲート層26の幅WGの5倍以上15倍以下である。
この構成によれば、ゲート閾値電圧の負の値よりも負側に大きいゲート電圧Vgsが印加されても、セル領域11のソース電極28から第1外周電極73に電流が流れることをさらに抑制できるとともに、窒化物半導体装置10の大型化をさらに抑制できる。
(4-6)窒化物半導体層74を形成すること、窒化物半導体層71を形成すること、およびゲート層26を形成することは、共通の工程で実施される。窒化物半導体層74の不純物濃度、窒化物半導体層71の不純物濃度、およびゲート層26の不純物濃度は、互いに等しい。
この構成によれば、共通の工程で窒化物半導体層74、窒化物半導体層71、およびゲート層26が形成されるとともに、窒化物半導体層74へのドーピング量と、窒化物半導体層71へのドーピング量と、ゲート層26へのドーピング量とを変更する必要がなくなる。したがって、窒化物半導体装置10の製造工程の簡素化を図ることができる。
(4-7)ゲート電極29を形成すること、第2外周電極72を形成すること、および第3外周電極75を形成することは、共通の工程で実施される。ゲート電極29、第2外周電極72、および第3外周電極75は、互いに同じ材料によって形成される。
この構成によれば、共通の材料および共通の工程によってゲート電極29、第2外周電極72、および第3外周電極75が形成されるため、窒化物半導体装置10の製造工程の簡素化を図ることができる。
<変更例>
各以下のように変更して実施することができる。また、各実施形態および以下の各変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・各実施形態において、外周分離領域81の構成は、窪み部81Aに限られず、任意に変更可能である。一例では、図30に示すように、外周分離領域81は、不活性領域93を含んでよい。詳細には、電子走行層23および電子供給層24は、活性領域92と、活性領域92よりも2DEG25が発生しにくい不活性領域93と、を含む。不活性領域93は、Z方向において電子供給層24を貫通するとともに電子走行層23の少なくとも一部まで延びている。このため、外周分離領域81は、Z方向において電子供給層24および電子走行層23の双方にわたり延びている。図30に示す例では、不活性領域93は、Z方向において電子供給層24を貫通するとともに電子走行層23のZ方向の全体にわたり延びている。なお、不活性領域93は、イオン注入によって形成することができる。イオン注入種としては、水素、ボロン、フッ素、アルゴン等が挙げられる。また、図30では、不活性領域93にドットを付している。
・第2および第3実施形態において、素子分離領域82の構成は、窪み部82Aに限られず、任意に変更可能である。一例では、図30に示すように、素子分離領域82は、不活性領域93を含んでよい。このため、素子分離領域82は、Z方向において電子供給層24および電子走行層23の双方にわたり延びている。
・各実施形態において、外周分離領域81のZ方向の寸法は任意に変更可能である。一例では、外周分離領域81は、Z方向において電子供給層24および電子走行層23の双方を貫通するように延びていてもよい。
・第2および第3実施形態において、素子分離領域82のZ方向の寸法は任意に変更可能である。一例では、素子分離領域82は、Z方向において電子供給層24を貫通するとともに電子走行層23の一部に延びていてもよい。つまり、素子分離領域82の窪み部82Aの底面は、Z方向においてバッファ層22から離隔していてもよい。
・各実施形態において、ドレイン電極27、ソース電極28、および第1外周電極73と電子供給層24との接続構造は任意に変更可能である。一例では、図31に示すように、第1外周電極73の一部は、Z方向において電子供給層24に入り込んでいてもよい。また、ソース電極28およびドレイン電極27の双方は、Z方向において電子供給層24に入り込んでいてもよい。一例では、窒化物半導体装置10の製造時において、第1外周電極73、ソース電極28、およびドレイン電極27が形成された後、熱処理が実施された場合、第1外周電極73のコンタクト部73A、ソース電極28のソースコンタクト28A、およびドレイン電極27のドレインコンタクト27Aが熱拡散することによって電子供給層24に向けて拡がる。これにより、コンタクト部73A、ソースコンタクト28A、およびドレインコンタクト27Aの各々が電子供給層24に入り込むように形成される。この構成によれば、第1外周電極73と2DEG25とのZ方向の間の距離が短くなるため、サージ電流が第1外周電極73に流れやすくなる。したがって、窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。加えて、ソースコンタクト28Aおよびドレインコンタクト27Aと2DEG25との間の距離が短くなるため、窒化物半導体装置10のオン抵抗を低減できる。
・各実施形態において、第1外周電極73の数は任意に変更可能である。一例では、第1外周電極73は、複数設けられていてもよい。複数の第1外周電極73は、例えば図32に示すように、第1電極73Pおよび第2電極73Qを含んでよい。第1電極73Pは、平面視において窒化物半導体層71とセル領域11との間に位置している。第2電極73Qは、平面視において窒化物半導体層71よりも外周領域12の周縁寄りに位置している。一例では、平面視において第1電極73Pと窒化物半導体層71との間の距離DPと第2電極73Qと窒化物半導体層71との間の距離DQとは互いに等しい。
第1電極73Pは、平面視においてセル領域11を囲む環状である。一例では、第1電極73Pは、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の第1電極73Pの4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。
窒化物半導体層71は、平面視において第1電極73Pを囲む環状である。一例では、窒化物半導体層71は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の窒化物半導体層71の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。第2外周電極72は、平面視において第1電極73Pを囲む環状である。一例では、第2外周電極72は、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の第2外周電極72の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。
第2電極73Qは、平面視において窒化物半導体層71を囲む環状である。一例では、第2電極73Qは、平面視において四角環状である。一例では、四角環状の第2電極73Qの4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。第2電極73Qは、平面視において第2外周電極72を囲む環状であるともいえる。
窒化物半導体装置10は、第1電極73Pとセル領域11との間に位置する素子分離領域82をさらに備える。素子分離領域82は、平面視においてセル領域11を囲む環状である。一例では、素子分離領域82は、平面視において四角環状である。詳細には、四角環状の素子分離領域82の4つのコーナ部分は、外方に向けて凸となる湾曲状である。素子分離領域82は、窪み部82Aを含む。窪み部82Aの形状およびサイズは、第2実施形態の窪み部82Aと同じである。
図示していないが、第1電極73Pは、第1外周ビアによってゲート配線53に電気的に接続されている。第2電極73Qは、第2外周ビアによってゲート配線53に電気的に接続されている。第1外周ビアおよび第2外周ビアの各々は、例えば第1外周ビア68(図9参照)と同じ材料および同じ構成である。このように、第1電極73Pおよび第2電極73Qは、ゲート電極29と電気的に接続されている。
この構成によれば、第2外周電極72に流れるサージ電流は、窒化物半導体層71および2DEG25を通して第1電極73Pおよび第2電極73Qの双方に流れる。これにより、サージ電流が流れる電流経路が増えるため、ソース電極28からゲート電極29に向けてサージ電流が流れやすくなる。したがって、窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。
なお、第1電極73Pおよび第2電極73Qの位置は任意に変更可能である。一例では、各電極73P,73Qは、平面視において窒化物半導体層71よりもセル領域11寄りに配置されていてもよい。つまり、各電極73P,73Qは、平面視において窒化物半導体層71と素子分離領域82との間に配置されていてもよい。また別の例では、各電極73P,73Qは、平面視において窒化物半導体層71よりも半導体層20の周縁寄りに配置されていてもよい。つまり、各電極73P,73Qは、平面視において窒化物半導体層71と外周分離領域81との間に配置されていてもよい。また、第1電極73Pおよび第2電極73Qのいずれかが平面視において隙間を有する環状であってもよい。
・第1および第2実施形態において、窒化物半導体層71と電子供給層24との接続構造は任意に変更可能である。一例では、図33に示すように、電子供給層24は、凹部24Aを含む。窒化物半導体層71は、凹部24Aに位置している。凹部24Aは、平面視においてセル領域11を囲む環状であってよい。窒化物半導体層71は、凹部24Aに入り込んでいる。このため、窒化物半導体層71の下面71Bは、電子供給層24の上面24Bよりも電子走行層23(2DEG25)寄りに位置している。なお、電子供給層24の上面24Bは、半導体層20の第1面20Sを構成している。このため、窒化物半導体層71の下面71Bは、半導体層20の第1面20Sよりも電子走行層23(2DEG25)寄りに位置している。
この構成によれば、窒化物半導体層71と2DEG25との間の距離が短くなるため、第2外周電極72から窒化物半導体層71および2DEG25を通して第1外周電極73にサージ電流が流れやすくなる。したがって、窒化物半導体装置10のESD耐量の向上を図ることができる。なお、図示していないが、ゲート層26と電子供給層24との接続構造を窒化物半導体層71と電子供給層24との接続構造と同様に変更してもよい。
・各実施形態において、ソース電極28からソースフィールドプレート28Cを省略してもよい。
・第1および第2実施形態において、平面視における窒化物半導体層71の形状は任意に変更可能である。一例では、窒化物半導体層71は、平面視において楕円環状、長円環状、円環状、および四角環状以外の多角環状のいずれかであってよい。窒化物半導体層71は、平面視において一部に間隔を有する環状であってもよい。また別の例では、窒化物半導体層71は、平面視において環状以外の形状であってもよい。
・第1および第2実施形態において、平面視における第2外周電極72の形状は任意に変更可能である。一例では、第2外周電極72は、平面視において楕円環状、長円環状、円環状、および四角環状以外の多角環状のいずれかであってよい。第2外周電極72は、平面視において一部に間隔を有する環状であってもよい。また別の例では、第2外周電極72は、平面視において環状以外の形状であってもよい。
・第2および第3実施形態において、平面視における素子分離領域82の形状は任意に変更可能である。一例では、素子分離領域82は、平面視において楕円環状、長円環状、円環状、および四角環状以外の多角環状のいずれかであってよい。素子分離領域82は、平面視において一部に間隔を有する環状であってもよい。また別の例では、素子分離領域82は、平面視において環状以外の形状であってもよい。
・各実施形態において、平面視における第1外周電極73の形状は任意に変更可能である。一例では、第1外周電極73は、平面視において楕円環状、長円環状、円環状、および四角環状以外の多角環状のいずれかであってよい。第1外周電極73は、平面視において一部に間隔を有する環状であってもよい。また別の例では、第1外周電極73は、平面視において環状以外の形状であってもよい。
・各実施形態において、平面視における外周分離領域81の形状は任意に変更可能である。一例では、外周分離領域81は、平面視において楕円環状、長円環状、円環状、および四角環状以外の多角環状のいずれかであってよい。外周分離領域81は、平面視において一部に間隔を有する環状であってもよい。また別の例では、外周分離領域81は、平面視において環状以外の形状であってもよい。
・各実施形態において、外周分離領域81の幅WAは、素子分離領域82の幅WB以下であってもよい。
・第1実施形態において、窒化物半導体層71とセル領域11との間に素子分離領域82が設けられていてもよい。これにより、第2外周電極72から窒化物半導体層71および2DEG25に流れるサージ電流がセル領域11に流れることをさらに抑制できる。
・第2および第3実施形態において、素子分離領域82を省略してもよい。
・第1および第2実施形態において、ゲート電極29および第2外周電極72は、互いに異なる導電材料によって構成されていてもよい。
・各実施形態において、ソース電極28、ドレイン電極27、および第1外周電極73は、互いに異なる導電材料によって構成されていてもよい。
・第3実施形態において、ソース電極28と半導体基板21との電気的接続構造は、ビア91に限られず、任意に変更可能である。一例では、窒化物半導体装置10の外部に設けられた配線部材(例えばワイヤ)によって、ソースパッド42と半導体基板21とが電気的に接続されていてもよい。これにより、ソースパッド42を通してソース電極28が半導体基板21と電気的に接続される。
・各実施形態において、ゲート配線53の幅WGBは、ゲート電極29の幅WGA以下であってもよい。
・各実施形態において、第1外周電極73と電子供給層24との間に、別の導電層が介在していてもよい。第1外周電極73は、当該導電層を通して電子供給層24と電気的に接続されていてもよい。
・第4実施形態において、第3外周電極75を省略してもよい。
・第4実施形態において、窒化物半導体層74の数は任意に変更可能である。窒化物半導体層74は、第1外周電極73と窒化物半導体層71との間に複数設けられていてもよい。
・第4実施形態において、Z方向における窒化物半導体層74の位置は任意に変更可能である。一例では、窒化物半導体層74は、Z方向において窒化物半導体層71とは異なる位置に設けられていてもよい。別の例では、窒化物半導体層74の下面は、Z方向において電子供給層24の上面24Bよりも電子走行層23(2DEG25)寄りに位置していてよい。この場合、窒化物半導体層71の下面もZ方向において電子供給層24の上面24Bよりも電子走行層23(2DEG25)寄りに位置していてよい。
・第4実施形態において、窒化物半導体層74の幅WRは任意に変更可能である。一例では、窒化物半導体層74の幅WRは、ゲート層26の幅WG以下であってもよい。一例では、窒化物半導体層74の幅WRは、ゲート層26の幅WGの25倍よりも大きくてもよい。
・第4実施形態において、図30に示す変更例のように、第1外周電極73が窒化物半導体層71よりもセル領域11寄りに配置されていてもよい。この場合においても窒化物半導体層74は、第1外周電極73と窒化物半導体層71との間に配置されている。
本開示で使用される「~上に」という用語は、文脈によって明らかにそうでないことが示されない限り、「~上に」と「~の上方に」の意味を含む。したがって、例えば「第1要素が第2要素上に配置される」という表現は、或る実施形態では第1要素が第2要素に接触して第2要素上に直接配置され得るが、他の実施形態では第1要素が第2要素に接触することなく第2要素の上方に配置され得ることが意図される。すなわち、「~上に」という用語は、第1要素と第2要素との間に他の要素が形成される構造を排除しない。
本開示で使用されるZ方向は必ずしも鉛直方向である必要はなく、鉛直方向に完全に一致している必要もない。したがって、本開示による種々の構造は、本開示で説明されるZ軸方向の「上」および「下」が鉛直方向の「上」および「下」であることに限定されない。例えばX方向が鉛直方向であってもよく、またはY方向が鉛直方向であってもよい。
<付記>
本開示から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、限定する意図ではなく理解の補助のため、付記に記載される構成要素には、実施形態中の対応する構成要素の参照符号が付されている。参照符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、参照符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
[付記1]
半導体基板(21)と、
前記半導体基板(21)の上に位置する電子走行層(23)と、
前記電子走行層(23)の上に位置し、前記電子走行層(23)よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層(24)と、
前記電子供給層(24)の上に部分的に位置し、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層(26)と、
前記ゲート層(26)の上に位置するゲート電極(29)と、
前記電子供給層(24)の上に位置し、互いに離隔するソース電極(28)およびドレイン電極(27)と、
を備える窒化物半導体装置(10)であって、
前記窒化物半導体装置(10)は、
前記ゲート電極(29)、前記ソース電極(28)、および前記ドレイン電極(27)を含むトランジスタが設けられるセル領域(11)と、
前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記セル領域(11)を囲む外周領域(12)と、
前記外周領域(12)に位置し、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成された窒化物半導体層(71)と、
前記窒化物半導体層(71)の上に位置する第2外周電極(72)と、
前記外周領域(12)に位置する第1外周電極(73)と、
を備え、
前記第1外周電極(73)は、前記ゲート電極(29)と電気的に接続されており、
前記第2外周電極(72)は、前記ソース電極(28)と電気的に接続されている、
窒化物半導体装置(10)。
[付記2]
前記窒化物半導体層(71)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記第1外周電極(73)よりも前記セル領域(11)寄りに位置するとともに、前記セル領域(11)の前記トランジスタと二次元電子ガス(25)を通して電気的に接続されている、
付記1に記載の窒化物半導体装置。
[付記3]
前記窒化物半導体層(71)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て環状である、
付記1または2に記載の窒化物半導体装置。
[付記4]
前記第1外周電極(73)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記窒化物半導体層(71)および前記第2外周電極(72)を囲む環状である、
付記1~3のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記5]
前記セル領域(11)と前記外周領域(12)との間に位置し、前記セル領域(11)と前記外周領域(12)とを電気的に分離する素子分離領域(82)をさらに備え、
前記第1外周電極(73)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記第2外周電極(72)よりも前記セル領域(11)寄りに位置し、
前記素子分離領域(82)は、前記第1外周電極(73)と前記セル領域(11)との間に位置している、
付記1に記載の窒化物半導体装置。
[付記6]
前記素子分離領域(82)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)において前記電子供給層(24)を貫通するとともに前記電子走行層(23)の少なくとも一部が窪む窪み部(82A)を含む、
付記5に記載の窒化物半導体装置。
[付記7]
前記素子分離領域(82)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記セル領域(11)を囲む環状であり、
前記第1外周電極(73)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記素子分離領域(82)を囲む環状である、
付記5または6に記載の窒化物半導体装置。
[付記8]
前記窒化物半導体層(26)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記第1外周電極(73)を囲む環状である、
付記5~7のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記9]
前記ゲート電極(29)および前記第2外周電極(72)は、互いに同じ導電材料によって構成されている、
付記1~8のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記10]
前記ゲート電極(29)および前記第2外周電極(72)を覆う第1絶縁層(31)と、
前記第1絶縁層(31)の上に位置し、前記ソース電極(28)および前記ドレイン電極(27)を覆う第2絶縁層(32)と、
前記第2絶縁層(32)上に位置するゲート配線(53)およびソース配線(52)と、
前記ゲート配線(53)と前記ゲート電極(29)とを接続するゲートビア(63)と、
前記ゲート配線(53)と前記第1外周電極(73)とを接続する第1外周ビア(65)と、
前記ソース配線(52)と前記ソース電極(28)とを接続するソースビア(62)と、
前記ソース配線(52)と前記第2外周電極(72)とを接続する第2外周ビア(64)と、
を備える、
付記1~9のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記11]
半導体基板(21)と、
前記半導体基板(21)の上に位置する電子走行層(23)と、
前記電子走行層(23)の上に位置し、前記電子走行層(23)よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層(24)と、
前記電子供給層(24)の上に部分的に位置し、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層(26)と、
前記ゲート層(26)の上に位置するゲート電極(29)と、
前記電子供給層(24)の上に位置し、互いに離隔するソース電極(28)およびドレイン電極(27)と、
を備える窒化物半導体装置(10)であって、
前記窒化物半導体装置(10)は、
前記ゲート電極(29)、前記ソース電極(28)、および前記ドレイン電極(27)を含むトランジスタが設けられるセル領域(11)と、
前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記セル領域(11)を囲む外周領域(12)と、
前記セル領域(11)と前記外周領域(12)との間に位置し、前記セル領域(11)と前記外周領域(12)とを電気的に分離する素子分離領域(82)と、
前記外周領域(12)に位置する第1外周電極(73)と、
を備え、
前記半導体基板(21)は、前記ソース電極(28)と電気的に接続されており、
前記第1外周電極(73)は、前記ゲート電極(29)と電気的に接続されている、
窒化物半導体装置(10)。
[付記12]
前記素子分離領域(82)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)において前記電子供給層(24)を貫通するとともに前記電子走行層(23)の少なくとも一部が窪む窪み部(82A)を含む、
付記11に記載の窒化物半導体装置。
[付記13]
前記素子分離領域(82)は、前記電子走行層(23)の厚さ方向(Z)の全体にわたり延びている、
付記11または12に記載の窒化物半導体装置。
[付記14]
前記素子分離領域(82)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記セル領域(11)を囲む環状であり、
前記第1外周電極(73)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記素子分離領域(82)を囲む環状である、
付記11~13のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記15]
前記第1外周電極(73)の全体の長さは、前記ゲート電極(29)の全体の長さの1%以上40%以下である、
付記1~14のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記16]
前記第1外周電極(73)の全体の長さは、前記ゲート電極(29)の全体の長さの5%以上20%以下である、
付記1~14のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記17]
前記ゲート層(26)の不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1019cm-3以下である、
付記1~16のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記19]
前記窒化物半導体層(71)を第1窒化物半導体層として、
アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成された第2窒化物半導体層(74)を備え、
前記第2窒化物半導体層(74)は、前記第1外周電極(73)と前記第1窒化物半導体層(71)との間に配置されている、
付記1~18のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記20]
前記第2窒化物半導体層(74)は、電気的にフローティング状態である、
付記19に記載の窒化物半導体装置。
[付記21]
前記第2窒化物半導体層(74)の幅(WR)は、前記ゲート層(26)の幅(WG)の2倍以上である、
付記19または20に記載の窒化物半導体装置。
[付記22]
前記第2窒化物半導体層(74)の幅(WR)は、前記ゲート層(26)の幅(WG)の25倍以下である、
付記19~21のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記23]
前記第2窒化物半導体層(74)の幅(WR)は、前記ゲート層(26)の幅(WG)の5倍以上15倍以下である、
付記19または20に記載の窒化物半導体装置。
[付記24]
前記第2窒化物半導体層(74)の不純物濃度は、前記ゲート層(26)の不純物濃度と等しい、
付記19~23のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記25]
前記第2窒化物半導体層(74)の上に設けられた第3外周電極(75)を備える、
付記19~24のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記26]
前記ゲート層(26)の不純物濃度は、2×1018cm-3以上5×1018cm-3以下である、
付記1~16のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記27]
前記ソース電極(28)、前記ドレイン電極(27)、および前記第1外周電極(73)は、互いに同じ導電材料によって構成されている、
付記1~26のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記28]
前記ゲート電極(29)と前記ゲート層(26)とは、ショットキー接合されている、
付記1~27のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記29]
前記第2外周電極(72)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て環状である、
付記3に記載の窒化物半導体装置。
[付記30]
前記電子走行層(23)および前記電子供給層(24)は、
活性領域(92)と、
前記活性領域(92)よりも二次元電子ガス(25)が発生しにくい不活性領域(93)と、
を含み、
前記素子分離領域(82)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)において前記電子供給層(24)および前記電子走行層(23)の双方にわたり延びており、
前記素子分離領域(82)は、前記不活性領域(93)を含む、
付記5または11に記載の窒化物半導体装置。
[付記31]
前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)において前記ソース電極(28)と前記半導体基板(21)とを電気的に接続するビア(91)を備え、
前記ビア(91)は、前記セル領域(11)において前記電子供給層(24)および前記電子走行層(23)の双方を貫通している、
付記11~14のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記32]
前記ゲート電極(29)および前記第1外周電極(73)を覆う絶縁層(31)と、
前記絶縁層(31)上に位置するゲート配線(53)と、
前記ゲート配線(53)と前記ゲート電極(29)とを接続するゲートビア(63)と、
前記ゲート配線(53)と前記第1外周電極(73)とを接続する第1外周ビア(65)と、
を備える、
付記11~14のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記33]
前記ゲート配線(53)の幅(WGB)は、前記ゲート電極(29)の幅(WGA)よりも大きい、
付記32に記載の窒化物半導体装置。
[付記33]
前記第1外周電極(73)は、前記電子供給層(24)に接している、
付記1~32のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記34]
前記外周領域(12)の周縁を含む領域に位置する外周分離領域(81)をさらに備え、
前記外周分離領域(81)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記第1外周電極(73)を囲む環状である、
付記1~33のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記35]
前記外周分離領域(81)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)において前記電子供給層(24)を貫通するとともに前記電子走行層(23)の少なくとも一部が窪む窪み部(81A)を含む、
付記34に記載の窒化物半導体装置。
[付記36]
前記電子走行層(23)および前記電子供給層(24)は、
活性領域(92)と、
前記活性領域(92)よりも二次元電子ガス(25)が発生しにくい不活性領域(93)と、
を含み、
前記外周分離領域(81)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)において前記電子供給層(24)および前記電子走行層(23)の双方にわたり延びており、
前記外周分離領域(81)は、前記不活性領域(93)を含む、
付記34に記載の窒化物半導体装置。
[付記37]
前記外周領域(12)の周縁を含む領域に位置する外周分離領域(81)をさらに備え、
前記外周分離領域(81)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記第1外周電極(73)を囲む環状であり、
前記外周分離領域(81)の幅(WA)は、前記素子分離領域(82)の幅(WB)よりも大きい、
付記11~14のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記38]
前記窒化物半導体層(71)の不純物濃度は、前記ゲート層(26)の不純物濃度と等しい、
付記1~10のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記39]
前記ゲート電極(29)のうち前記ゲート層(26)と接触する部分は、TiN、TaN、WN、TiSiN、TaSiN、WSi、およびWSiNのうち少なくとも1つを含む、
付記1~38のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記40]
前記第1外周電極(73)は、複数設けられている、
付記1~39のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記41]
前記第1外周電極(73)は、第1電極(73P)および第2電極(73Q)を含み、
前記第1電極(73P)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記窒化物半導体層(71)と前記セル領域(11)との間に位置しており、
前記第2電極(73Q)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記窒化物半導体層(71)よりも前記外周領域(12)の周縁寄りに位置している、
付記1~10のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記42]
前記第1電極(73P)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記セル領域(11)を囲む環状であり、
前記窒化物半導体層(71)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記第1電極(73P)を囲む環状であり、
前記第2電極(73Q)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記窒化物半導体層(71)を囲む環状である、
付記41に記載の窒化物半導体装置。
[付記43]
前記第1電極(73P)と前記セル領域(11)との間に位置する素子分離領域(82)をさらに備え、
前記素子分離領域(82)は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記セル領域(11)を囲む環状である、
付記41または42に記載の窒化物半導体装置。
[付記44]
前記第1外周電極(73)の一部は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)において前記電子供給層(24)に入り込んでいる、
付記1~43のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記45]
前記ソース電極(28)および前記ドレイン電極(27)の双方は、前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)において前記電子供給層(24)に入り込んでいる、
付記44に記載の窒化物半導体装置。
[付記46]
前記電子供給層(24)は、凹部(24A)を含み、
前記窒化物半導体層(26)は、前記凹部(24A)に位置している、
付記1~10のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記47]
前記第1外周電極(73)の幅(WGC)は、前記第2外周電極(72)の幅(WSA)よりも大きい、
付記1~10のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置。
[付記48]
半導体基板(21)の上に電子走行層(23)を形成することと、
前記電子走行層(23)よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層(24)を前記電子走行層(23)の上に形成することと、
アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層(26)を前記電子供給層(24)の上に部分的に形成することと、
前記ゲート層(26)の上にゲート電極(29)を形成することと、
前記電子供給層(24)の上に互いに離隔したソース電極(28)およびドレイン電極(27)を形成することと、
を備える窒化物半導体装置(10)の製造方法であって、
前記窒化物半導体装置(10)は、
前記ゲート電極(29)、前記ソース電極(28)、および前記ドレイン電極(27)を含むトランジスタが設けられるセル領域(11)と、
前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記セル領域(11)を囲む外周領域(12)と、
を備え、
アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成された窒化物半導体層(71)を前記電子供給層(24)の上のうち前記外周領域(12)に形成することと、
前記窒化物半導体層(71)の上に第2外周電極(72)を前記ソース電極(28)と電気的に接続するように形成することと、
前記外周領域(12)に第1外周電極(73)を前記ゲート電極(29)と電気的に接続するように形成することと、
を備える、窒化物半導体装置(10)の製造方法。
[付記49]
前記窒化物半導体層(71)を形成することおよび前記ゲート層(26)を形成することは、共通の工程で実施され、
前記窒化物半導体層(71)の不純物濃度は、前記ゲート層(26)の不純物濃度と等しい、
付記48に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
[付記50]
前記ゲート電極(29)を形成することおよび前記第2外周電極(72)を形成することは、共通の工程で実施され、
前記ゲート電極(29)および前記第2外周電極(72)は、互いに同じ材料によって形成される、
付記48または49に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
[付記51]
前記ドレイン電極(27)を形成すること、前記ソース電極(28)を形成すること、および前記第1外周電極(73)を形成することは、共通の工程で実施され、
前記ドレイン電極(27)、前記ソース電極(28)、および前記第1外周電極(73)は、互いに同じ材料によって形成される、
付記48~50のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置の製造方法。
[付記52]
前記窒化物半導体層(71)を第1窒化物半導体層として、
アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成された第2窒化物半導体層(74)を前記電子供給層(24)の上の前記第1外周電極(73)と前記第1窒化物半導体層(71)との間に形成することを備える、
付記48に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
[付記53]
前記第2窒化物半導体層(74)を形成すること、前記第1窒化物半導体層(71)を形成すること、および前記ゲート層(26)を形成することは、共通の工程で実施され、
前記第2窒化物半導体層(74)の不純物濃度、前記第1窒化物半導体層(71)の不純物濃度、および前記ゲート層(26)の不純物濃度は互いに等しい、
付記52に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
[付記54]
前記第2窒化物半導体層(74)の上に第3外周電極(75)を形成することを備える、
付記52または53に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
[付記55]
前記ゲート電極(29)を形成すること、前記第2外周電極(72)を形成すること、および前記第3外周電極(75)を形成することは、共通の工程で実施され、
前記ゲート電極(29)、前記第2外周電極(72)、および前記第3外周電極(75)は、互いに同じ材料によって形成される、
付記54に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
[付記56]
半導体基板(21)の上に電子走行層(23)を形成することと、
前記電子走行層(23)よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層(24)を前記電子走行層(23)の上に形成することと、
アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層(26)を前記電子供給層(24)の上に部分的に形成することと、
前記ゲート層(26)の上にゲート電極(29)を形成することと、
前記電子供給層(24)の上に互いに離隔したソース電極(28)およびドレイン電極(27)を形成することと、
を備える窒化物半導体装置(10)の製造方法であって、
前記窒化物半導体装置(10)は、
前記ゲート電極(29)、前記ソース電極(28)、および前記ドレイン電極(27)を含むトランジスタが設けられるセル領域(11)と、
前記半導体基板(21)の厚さ方向(Z)から視て前記セル領域(11)を囲む外周領域(12)と、
を備え、
前記セル領域(11)と前記外周領域(12)との間に、前記セル領域(11)と前記外周領域(12)とを電気的に分離する素子分離領域(82)を形成することと、
前記外周領域(12)に第1外周電極(73)を前記ゲート電極(29)と電気的に接続するように形成することと、
を備え、
前記ソース電極(28)は、前記半導体基板(21)と電気的に接続するように形成される、
窒化物半導体装置(10)の製造方法。
[付記57]
前記素子分離領域(82)を形成することは、エッチングによって前記素子分離領域(82)を形成することを含む、
付記56に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
[付記58]
前記ソース電極(28)および前記ドレイン電極(27)を形成することおよび前記第1外周電極(73)を形成することは、共通の工程で実施され、
前記ソース電極(28)、前記ドレイン電極(27)、および前記第1外周電極(73)は、互いに同じ材料によって形成される、
付記56または57に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
[付記59]
前記ソース電極(28)と前記半導体基板(21)とを接続するビア(91)を形成することを備える、
付記56~58のいずれか1つに記載の窒化物半導体装置の製造方法。
以上の説明は単に例示である。本開示の技術を説明する目的のために列挙された構成要素および方法(製造プロセス)以外に、より多くの考えられる組み合わせおよび置換が可能であることを当業者は認識し得る。特許請求の範囲を含む本開示の範囲内に含まれる全ての代替、変形、および変更を包含することが意図される。