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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-12
(45)【発行日】2024-04-22
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/336 20060101AFI20240415BHJP
H01L 29/78 20060101ALI20240415BHJP
H01L 29/786 20060101ALI20240415BHJP
H01L 21/338 20060101ALI20240415BHJP
H01L 29/778 20060101ALI20240415BHJP
H01L 29/812 20060101ALI20240415BHJP
H01L 29/41 20060101ALI20240415BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20240415BHJP
H01L 29/423 20060101ALI20240415BHJP
H01L 29/49 20060101ALI20240415BHJP
H01L 29/417 20060101ALI20240415BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 301B
H01L29/78 301G
H01L29/78 617K
H01L29/78 617N
H01L29/78 617S
H01L29/78 617U
H01L29/80 H
H01L29/44 Y
H01L21/28 301B
H01L29/44 S
H01L29/44 L
H01L29/58 G
H01L29/50 M
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021038520
(22)【出願日】2021-03-10
(65)【公開番号】P2022138569
(43)【公開日】2022-09-26
【審査請求日】2023-01-31
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317011920
【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100119035
【弁理士】
【氏名又は名称】池上 徹真
(74)【代理人】
【識別番号】100141036
【弁理士】
【氏名又は名称】須藤 章
(74)【代理人】
【識別番号】100178984
【弁理士】
【氏名又は名称】高下 雅弘
(72)【発明者】
【氏名】磯部 康裕
(72)【発明者】
【氏名】洪 洪
(72)【発明者】
【氏名】吉岡 啓
(72)【発明者】
【氏名】杉山 亨
(72)【発明者】
【氏名】小野村 正明
【審査官】石塚 健太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１６１００１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５３０８６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－７２９６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１７０８２１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２９／７８
Ｈ０１Ｌ ２１／３３６
Ｈ０１Ｌ ２９／７８６
Ｈ０１Ｌ ２１／３３８
Ｈ０１Ｌ ２９／４１
Ｈ０１Ｌ ２１／２８
Ｈ０１Ｌ ２９／４２３
Ｈ０１Ｌ ２９／４１７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層の上に設けられ、前記第１窒化物半導体層よりバンドギャップの大きな第２窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層の上に設けられた第１電極と、
前記第２窒化物半導体層の上に設けられた第２電極と、
前記第２窒化物半導体層の上の、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられ、前記第２窒化物半導体層と接し、第１絶縁材料を含む第１絶縁膜と、
前記第１電極と前記第１絶縁膜の間の前記第２窒化物半導体層の上、前記第１絶縁膜の上、及び前記第１絶縁膜と前記第２電極の間の前記第２窒化物半導体層の上に設けられ、第２絶縁材料を含む第２絶縁膜と、
前記第１電極と前記第１絶縁膜の間の前記第２絶縁膜の上に設けられた第３電極と、
前記第３電極と前記第１絶縁膜の間の前記第２絶縁膜の上に設けられた第１電極部と、
前記第１絶縁膜の上の前記第２絶縁膜の上に設けられ、前記第１電極部に電気的に接続された第２電極部と、
を有する第４電極と、
を備える半導体装置。
【請求項2】
前記第１窒化物半導体層及び前記第２窒化物半導体層が積層された方向に交差する方向における前記第１絶縁膜の長さは、前記第１窒化物半導体層及び前記第２窒化物半導体層が積層された方向に交差する方向における前記第４電極の長さより短い、請求項１記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第１絶縁膜と前記第２電極の間で前記第２窒化物半導体層と前記第２絶縁膜の間に設けられ、前記第２窒化物半導体層と接し、前記第１絶縁材料を含む第３絶縁膜と、前記第１絶縁膜と前記第３絶縁膜の間の前記第２絶縁膜の上に設けられた第３電極部と、
前記第３絶縁膜の上の前記第２絶縁膜の上に設けられ、前記第３電極部に電気的に接続された第４電極部と、
を有する第５電極と、
を備える請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第１窒化物半導体層及び前記第２窒化物半導体層が積層された方向に交差する方向における前記第３絶縁膜の長さは、前記第１窒化物半導体層及び前記第２窒化物半導体層が積層された方向に交差する方向における前記第５電極の長さより短い、請求項３記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第１窒化物半導体層及び前記第２窒化物半導体層が積層された方向に交差する方向における前記第１絶縁膜の長さは、前記第１窒化物半導体層及び前記第２窒化物半導体層が積層された方向に交差する方向における前記第３絶縁膜の長さ以下である、請求項３又は請求項４記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第３絶縁膜と前記第２電極の間で前記第２窒化物半導体層と前記第２絶縁膜の間に設けられ、前記第２窒化物半導体層と接し、前記第１絶縁材料を含む第４絶縁膜と、前記第３絶縁膜と前記第４絶縁膜の間の前記第２絶縁膜の上に設けられた第５電極部と、
前記第４絶縁膜の上の前記第２絶縁膜の上に設けられ、前記第５電極部に電気的に接続された第６電極部と、
を有する第６電極と、
を備える請求項３乃至請求項５いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第１窒化物半導体層及び前記第２窒化物半導体層が積層された方向に交差する方向における前記第４絶縁膜の長さは、前記第１窒化物半導体層及び前記第２窒化物半導体層が積層された方向に交差する方向における前記第６電極の長さより短い、請求項６記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第１電極部の底面、前記第１電極部の側面、及び前記第２電極部の底面は、前記第２絶縁膜と接する、請求項１乃至請求項７いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第１絶縁材料と前記第２絶縁材料は異なる、請求項１乃至請求項８いずれか一項記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
次世代のパワー半導体デバイス用の材料としてＩＩＩ族窒化物、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体が期待されている。ＧａＮ系半導体はＳｉ（シリコン）と比較して大きなバンドギャップを備える。このため、ＧａＮ系半導体デバイスはＳｉ（シリコン）半導体デバイスと比較して、小型で高耐圧のパワー半導体デバイスを実現出来る。また、これにより寄生容量を小さく出来るため、高速駆動のパワー半導体デバイスを実現出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－１７０８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性の向上した半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態の半導体装置は、第１窒化物半導体層と、第１窒化物半導体層の上に設けられ、第１窒化物半導体層よりバンドギャップの大きな第２窒化物半導体層と、第２窒化物半導体層の上に設けられた第１電極と、第２窒化物半導体層の上に設けられた第２電極と、第２窒化物半導体層の上の、第１電極と第２電極の間に設けられ、第２窒化物半導体層と接し、第１絶縁材料を含む第１絶縁膜と、第１電極と第１絶縁膜の間の第２窒化物半導体層の上、第１絶縁膜の上、及び第１絶縁膜と第２電極の間の第２窒化物半導体層の上に設けられ、第２絶縁材料を含む第２絶縁膜と、第１電極と第１絶縁膜の間の第２絶縁膜の上に設けられた第３電極と、第３電極と第１絶縁膜の間の第２絶縁膜の上に設けられた第１電極部と、第１絶縁膜の上の第２絶縁膜の上に設けられ、第１電極部に電気的に接続された第２電極部と、を有する第４電極と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】実施形態の半導体装置の模式断面図である。
【図2】実施形態の他の態様の半導体装置の模式断面図である。
【図3】実施形態の半導体装置の製造工程の要部を示す模式断面図である。
【図4】実施形態の半導体装置の製造工程の要部を示す模式断面図である。
【図5】実施形態の半導体装置の製造工程の要部を示す模式断面図である。
【図6】実施形態の半導体装置の製造工程の要部を示す模式断面図である。
【図7】実施形態の半導体装置の製造工程の要部を示す模式断面図である。
【図8】実施形態の半導体装置の製造工程の要部を示す模式断面図である。
【図9】比較形態の半導体装置の模式断面図である。
【図10】実施形態の半導体装置の作用効果を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。
【0008】
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。
【0009】
（実施形態）
実施形態の半導体装置は、第１窒化物半導体層と、第１窒化物半導体層の上に設けられ、第１窒化物半導体層よりバンドギャップの大きな第２窒化物半導体層と、第２窒化物半導体層の上に設けられた第１電極と、第２窒化物半導体層の上に設けられた第２電極と、第２窒化物半導体層の上の、第１電極と第２電極の間に設けられ、第２窒化物半導体層と接し、第１絶縁材料を含む第１絶縁膜と、第１電極と第１絶縁膜の間の第２窒化物半導体層の上、第１絶縁膜の上、及び第１絶縁膜と第２電極の間の第２窒化物半導体層の上に設けられ、第２絶縁材料を含む第２絶縁膜と、第１電極と第１絶縁膜の間の第２絶縁膜の上に設けられた第３電極と、第３電極と第１絶縁膜の間の第２絶縁膜の上に設けられた第１電極部と、第１絶縁膜の上の第２絶縁膜の上に設けられ、第１電極部に電気的に接続された第２電極部と、を有する第４電極と、を備える。
実施形態の半導体装置は、第１窒化物半導体層と、第１窒化物半導体層の上に設けられ、第１窒化物半導体層よりバンドギャップの大きな第２窒化物半導体層と、第２窒化物半導体層の上に設けられた第１電極と、第２窒化物半導体層の上に設けられた第２電極と、第２窒化物半導体層の上の、第１電極と第２電極の間に設けられ、第２窒化物半導体層と接し、第１絶縁材料を含む第１絶縁膜と、第１電極と第１絶縁膜の間の第２窒化物半導体層の上、第１絶縁膜の上、及び第１絶縁膜と第２電極の間の第２窒化物半導体層の上に設けられ、第２絶縁材料を含む第２絶縁膜と、第１電極と第１絶縁膜の間の第２絶縁膜の上に設けられた第３電極と、第３電極と第１絶縁膜の間の第２絶縁膜の上に設けられた第１電極部と、第１絶縁膜の上の第２絶縁膜の上に設けられ、第１電極部に電気的に接続された第２電極部と、を有する第４電極と、を備える。
【0010】
図１は、実施形態の半導体装置１００の模式断面図である。
【0011】
実施形態の半導体装置１００は、たとえばＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）といった窒化物半導体を用いた、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。実施形態の半導体装置１００は、窒化物半導体を用いた横型のデバイス構造を有している。
【0012】
半導体装置１００は、基板２と、バッファ層４と、第１窒化物半導体層６と、第２窒化物半導体層８と、ソース電極（第１電極の一例）１０と、ゲート電極（第３電極の一例）１２と、ドレイン電極（第２電極の一例）１４と、ゲートフィールドプレート電極２０と、第１フィールドプレート電極（第４電極の一例）３０と、第２フィールドプレート電極（第５電極の一例）４０と、ソースフィールドプレート電極（第６電極の一例）５０と、ドレインフィールドプレート電極６０と、第１絶縁膜７０と、第２絶縁膜７２と、第３絶縁膜７４と、第４絶縁膜７６と、第５絶縁膜８０と、第６絶縁膜８２と、第７絶縁膜８４と、第８絶縁膜８６と、を備える。
【0013】
基板２としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）基板又はサファイヤ基板が用いられる。
【0014】
バッファ層４は、基板２の上に設けられている。バッファ層４は、基板２との間の格子不整合を緩和する。バッファ層４は、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＷＧａ１－ＷＮ（０＜Ｗ＜１））の多層構造を含む。
【0015】
第１窒化物半導体層６は、バッファ層４の上に設けられている。第１窒化物半導体層６は、例えば、アンドープのＡｌＸＧａ１－ＸＮ（０≦Ｘ＜１）である。第１窒化物半導体層６は、より具体的には、例えば、アンドープのＧａＮである。第１窒化物半導体層６は、チャネル層として機能する。第１窒化物半導体層６の膜厚は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。
【0016】
第２窒化物半導体層８は、第１窒化物半導体層６の上に設けられている。第２窒化物半導体層８のバンドギャップは、第１窒化物半導体層６のバンドギャップより大きい。第２窒化物半導体層８は、例えば、アンドープのＡｌＹＧａ１－ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）である。第２窒化物半導体層８は、より具体的には、例えば、アンドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎである。第２窒化物半導体層８は、バリア層として機能する。第２窒化物半導体層８の膜厚は、例えば、１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【0017】
第１窒化物半導体層６と第２窒化物半導体層８の間には、ヘテロ接合界面が設けられている。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。
【0018】
実施形態においては、Ｘ方向と、Ｘ方向に対して垂直に交差するＹ方向と、Ｘ方向及びＹ方向に垂直に交差するＺ方向を定義する。Ｚ方向は、基板２、バッファ層４、第１窒化物半導体層６及び第２窒化物半導体層８が積層されている方向である。基板２、バッファ層４、第１窒化物半導体層６及び第２窒化物半導体層８は、Ｘ方向に平行なＸ軸及びＹ方向に平行なＹ軸を含む面、すなわちＸＹ平面に対して、平行に設けられている。また、基板２とバッファ層４の界面、バッファ層４と第１窒化物半導体層６の界面及び第１窒化物半導体層６と第２窒化物半導体層８の界面は、ＸＹ平面に対して、平行に設けられている。Ｙ方向は、ＨＥＭＴである半導体装置１００のキャリアが流れる方向である。言い換えると、Ｙ方向は、半導体装置１００のゲート長方向である。なお、Ｙ方向は、所定方向の一例である。Ｘ方向は、半導体装置１００のゲート幅方向である。
【0019】
ソース電極１０は、第２窒化物半導体層８の上に設けられている。ソース電極１０は、半導体装置１００のソース電極として機能する。ソース電極１０は、例えば、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造を含む。
【0020】
ドレイン電極１４は、第２窒化物半導体層８の上に設けられている。ドレイン電極１４は、半導体装置１００のドレイン電極として機能する。ドレイン電極１４は、例えば、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造を含む。
【0021】
第１絶縁膜７０は、第２窒化物半導体層８の上の、ソース電極１０とドレイン電極１４の間に設けられている。第１絶縁膜７０は、第２窒化物半導体層８と直接接している。第１絶縁膜７０は、第１絶縁材料を含む。ここで第１絶縁材料は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、炭素含有シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（ＡｌＯ）である。第１絶縁膜７０のＺ方向における膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【0022】
第３絶縁膜７４は、第２窒化物半導体層８の上の、第１絶縁膜７０とドレイン電極１４の間に設けられている。第３絶縁膜７４は、第２窒化物半導体層８と直接接している。第３絶縁膜７４は、第１絶縁材料を含む。第３絶縁膜７４のＺ方向における膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【0023】
第４絶縁膜７６は、第２窒化物半導体層８の上の、第３絶縁膜７４とドレイン電極１４の間に設けられている。第４絶縁膜７６は、第２窒化物半導体層８と直接接している。第４絶縁膜７６は、第１絶縁材料を含む。第４絶縁膜７６のＺ方向における膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【0024】
Ｙ方向に平行な方向における第１絶縁膜７０の長さＬ１は、Ｙ方向に平行な方向における第３絶縁膜７４の長さＬ２以下であることが好ましい。また、Ｙ方向に平行な方向における第３絶縁膜７４の長さＬ２は、Ｙ方向に平行な方向における第４絶縁膜７６の長さＬ３以下であることが好ましい。言い換えると、Ｌ１≦Ｌ２≦Ｌ３であることが好ましい。例えば、Ｙ方向に平行な方向における第１絶縁膜７０の長さＬ１は、０．５μｍ以上１μｍ以下である。例えば、Ｙ方向に平行な方向における第３絶縁膜７４の長さＬ２は、０．５μｍ以上２μｍ以下である。例えば、Ｙ方向に平行な方向における第４絶縁膜７６の長さＬ３は、０．５μｍ以上３μｍ以下である。しかし、Ｙ方向に平行な方向における第１絶縁膜７０の長さＬ１、Ｙ方向に平行な方向における第３絶縁膜７４の長さＬ２及びＹ方向に平行な方向における第４絶縁膜７６の長さＬ３は、上記のものに限定されるものではない。
【0025】
第２絶縁膜７２は、ソース電極１０と第１絶縁膜の間の第２窒化物半導体層８の上、第１絶縁膜７０の側面、第１絶縁膜７０の上、第１絶縁膜７０と第３絶縁膜７４の間の第２窒化物半導体層８の上、第３絶縁膜７４の側面、第３絶縁膜７４の上、第３絶縁膜７４と第４絶縁膜７６の間の第２窒化物半導体層８の上、第４絶縁膜７６の側面、第４絶縁膜７６の上及び第４絶縁膜７６とドレイン電極１４の間に設けられている。言い換えると、第３絶縁膜７４は、第１絶縁膜７０とドレイン電極１４の間で、第２窒化物半導体層８と第２絶縁膜７２の間に設けられている。また、第４絶縁膜７６は、第３絶縁膜７４とドレイン電極１４の間で、第２窒化物半導体層８と第２絶縁膜７２の間に設けられている。第２絶縁膜７２は、第２絶縁材料を含む。ここで第２絶縁材料は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、炭素含有シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（ＡｌＯ）である。例えば第２絶縁材料は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ－Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法又は原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ ）法により形成されたシリコン窒化物（ＳｉＮ）である。
【0026】
ゲート電極１２は、ソース電極１０と第１絶縁膜７０の間の第２絶縁膜７２の上に設けられている。ゲート電極１２は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の積層構造、窒化チタン（ＴｉＮ）又は多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）を含む。ゲート電極１２の底面は、第２絶縁膜７２と接していることが好ましい。
【0027】
第１フィールドプレート電極３０は、第１電極部３２と、第２電極部３４と、を有する。第１電極部３２は、ゲート電極１２と第１絶縁膜７０の間の第２絶縁膜７２の上に設けられている。第１電極部３２の底面３２ａは、第２絶縁膜７２と接している。第１電極部３２の側面３２ｂは、第１絶縁膜７０の側面に設けられた第２絶縁膜７２ａと接している。第２電極部３４は、第１絶縁膜７０の上の第２絶縁膜７２の上に設けられている。第２電極部３４の一端は、第１電極部３２に電気的に接続されている。言い換えると、上から見たときに、第２電極部３４の他端は、第１電極部３２とドレイン電極１４の間に設けられている。第２電極部３４の底面３４ａは、第１絶縁膜７０の上に設けられた第２絶縁膜７２ｂと接している。第１フィールドプレート電極３０は、例えば、図示しないゲート幅方向に設けられた配線を用いて、ソース電極１０に電気的に接続されている。第１フィールドプレート電極３０は、半導体装置１００内の電界緩和のために用いられる。第１フィールドプレート電極３０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の積層構造、窒化チタン（ＴｉＮ）又は多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）を含む。
【0028】
Ｙ方向における第１絶縁膜７０の長さは、Ｙ方向における第１フィールドプレート電極３０の長さより短い。
【0029】
第５絶縁膜８０は、第２絶縁膜７２の上、ゲート電極１２の上、及び第１フィールドプレート電極３０の上に設けられている。第５絶縁膜８０は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、炭素含有シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（ＡｌＯ）を含む。しかし、第５絶縁膜８０に含まれる材料は、これに限定されるものではない。
【0030】
ゲートフィールドプレート電極２０は、第１ゲートフィールドプレート電極部２２と、第２ゲートフィールドプレート電極部２４と、を有する。例えば、第１ゲートフィールドプレート電極部２２の一端はゲート電極１２の上面に電気的に接続されている。そして、第１ゲートフィールドプレート電極部２２は、上へ向かって延びている。第２ゲートフィールドプレート電極部２４は、第１ゲートフィールドプレート電極部２２の他端と電気的に接続されている。そして、第２ゲートフィールドプレート電極部２４は、ゲート長方向に延びている。しかし、ゲートフィールドプレート電極２０の態様は、これに限定されるものではない。ゲートフィールドプレート電極２０は、半導体装置１００内の電界緩和のために用いられる。ゲートフィールドプレート電極２０は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、ＴｉＮ（窒化チタン）又はチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造を含む。
【0031】
第２フィールドプレート電極４０は、第３電極部４２と、第４電極部４４と、を有する。第３電極部４２は、第１絶縁膜７０と第３絶縁膜７４の間の第２絶縁膜７２の上に設けられている。例えば、第３電極部４２は、第５絶縁膜８０の上に設けられている。第４電極部４４は、第３絶縁膜７４の上の第２絶縁膜７２の上に設けられている。例えば、第４電極部４４は、第３絶縁膜７４の上において、第５絶縁膜８０の一部が上方に突き出た第５絶縁膜８０ａの上に設けられている。第４電極部４４の一端は、第３電極部４２に電気的に接続されている。上から見たときに、第４電極部４４の他端は、第３電極部４２とドレイン電極１４の間に設けられている。第２フィールドプレート電極４０は、例えば、図示しないゲート幅方向に設けられた配線を用いて、ソース電極１０に電気的に接続されている。第２フィールドプレート電極４０は、半導体装置１００内の電界緩和のために用いられる。第２フィールドプレート電極４０は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、ＴｉＮ（窒化チタン）又はチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造を含む。
【0032】
第６絶縁膜８２は、第５絶縁膜８０の上、第２ゲートフィールドプレート電極部２４の上及び第２フィールドプレート電極４０の上に設けられている。第６絶縁膜８２は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、炭素含有シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（ＡｌＯ）を含む。しかし、第６絶縁膜８２に含まれる材料は、これに限定されるものではない。
【0033】
ソースフィールドプレート電極５０は、電極部５１と、第５電極部５２と、第６電極部５４と、を有する。電極部５１は、ソース電極１０に電気的に接続されている。電極部５１の一端は、例えばソース電極１０の上に設けられ、ソース電極１０と電気的に接続されている、第５電極部５２の一端は、電極部５１の他端に電気的に接続されている。第５電極部５２は、ソース電極１０の上、ゲート電極１２の上、第１絶縁膜７０の上、第３絶縁膜７４の上、及び第３絶縁膜７４と第４絶縁膜７６の間の第２絶縁膜７２の上に設けられている。第６電極部５４は、例えば、第６絶縁膜８２の上に設けられている。例えば、第６電極部５４は、第５絶縁膜８０の一部が上方に突き出た第５絶縁膜８０ａの上の、第６絶縁膜８２の一部が上方に突き出た第６絶縁膜８２ａの上に設けられている。また、第６絶縁膜８２ａは、第４絶縁膜７６の上の、第５絶縁膜８０ｂの上に設けられている。ソースフィールドプレート電極５０は、半導体装置１００内の電界緩和のために用いられる。ソースフィールドプレート電極５０は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、ＴｉＮ（窒化チタン）又はチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造を含む。
【0034】
ドレインフィールドプレート電極６０は、第１ドレインフィールドプレート電極部６２と、第２ドレインフィールドプレート電極部６４と、を有する。第１ドレインフィールドプレート電極部６２は、ドレイン電極１４に電気的に接続されている。第１ドレインフィールドプレート電極部６２の一端は、例えばドレイン電極１４の上に設けられている。第１ドレインフィールドプレート電極部６２の一端は、例えばドレイン電極１４の上面に電気的に接続されている。第２ドレインフィールドプレート電極部６４の一端は、例えば、第１ドレインフィールドプレート電極部６２の他端に電気的に接続されている。第２ドレインフィールドプレート電極部６４は、例えばソース電極１０の側に延びている。第２ドレインフィールドプレート電極部６４は、例えば、第６絶縁膜８２の上に設けられている。ドレインフィールドプレート電極６０は、半導体装置１００内の電界緩和のために用いられる。ドレインフィールドプレート電極６０は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、ＴｉＮ（窒化チタン）又はチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造を含む。
【0035】
第７絶縁膜８４は、第６絶縁膜８２の上の、第６電極部５４の上及び第２ドレインフィールドプレート電極部６４の上に設けられている。第７絶縁膜８４は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、炭素含有シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（ＡｌＯ）を含む。しかし、第７絶縁膜８４に含まれる材料は、これに限定されるものではない。
【0036】
第８絶縁膜８６は、第７絶縁膜８４の上に設けられている。第８絶縁膜８６は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、炭素含有シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、又はポリイミドを含む。しかし、第８絶縁膜８６に含まれる材料は、これに限定されるものではない。
【0037】
第１絶縁膜７０、第２絶縁膜７２、第３絶縁膜７４、第４絶縁膜７６、第５絶縁膜８０、第６絶縁膜８２、第７絶縁膜８４及び第８絶縁膜８６の絶縁膜の形状及び第１絶縁膜７０、第２絶縁膜７２、第３絶縁膜７４、第４絶縁膜７６、第５絶縁膜８０、第６絶縁膜８２、第７絶縁膜８４及び第８絶縁膜８６に含まれている材料は、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：透過型電子顕微鏡）及びＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：エネルギー分散型Ｘ線分析）により分析して明らかにすることができる。
【0038】
第１絶縁材料と第２絶縁材料は、異なる材料であることが好ましい。ここで、「異なる材料である」とは、例えば、第１絶縁材料と第２絶縁材料はいずれも窒化シリコンであるが、シリコンと窒素の比が第１絶縁材料と第２絶縁材料で異なっているような場合を含む。また、ここで、「異なる材料である」とは、例えば、第１絶縁材料と第２絶縁材料はいずれも酸化シリコンであるが、シリコンと酸素の比が第１絶縁材料と第２絶縁材料で異なっているような場合を含む。
【0039】
第１絶縁膜７０、第３絶縁膜７４又は第４絶縁膜７６の誘電率は、第２絶縁膜７２の誘電率よりも低いことが好ましい。言い換えると、第１絶縁材料の誘電率は、第２絶縁材料の誘電率よりも低いことが好ましい。
【0040】
第１絶縁膜７０、第３絶縁膜７４又は第４絶縁膜７６のＺ方向の膜厚は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【0041】
Ｙ方向における第１絶縁膜７０の長さは、Ｙ方向における第１フィールドプレート電極３０の長さより短いことが好ましい。
【0042】
Ｙ方向における第３絶縁膜７４の長さは、Ｙ方向における第２フィールドプレート電極４０の長さより短いことが好ましい。
【0043】
Ｙ方向における第４絶縁膜７６の長さは、Ｙ方向におけるソースフィールドプレート電極５０の長さより短いことが好ましい。
【0044】
図２は、実施形態の他の態様の半導体装置１１０の模式断面図である。半導体装置１１０においては、第１絶縁膜７０及び第１フィールドプレート電極３０が設けられていない。このような半導体装置であっても、好ましく実施をすることができる。なお、半導体装置１１０の場合、第２フィールドプレート電極４０は第４電極の一例であり、第３電極部４２は第１電極部の一例であり、第４電極部４４は第２電極部の一例であり、ソースフィールドプレート電極５０は第５電極の一例であり、第５電極部５２は第３電極部の一例であり、第６電極部５４は第４電極部の一例である。
【0045】
【0046】
まず基板２の上に、バッファ層４、第１窒化物半導体層６及び第２窒化物半導体層８を、例えばＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）により形成する。次に、第２窒化物半導体層８の上に、第１絶縁材料を含む絶縁膜７８を形成する（図３）。
【0047】
次に、例えばウェットエッチングにより、絶縁膜７８の一部を除去する。除去された絶縁膜の一部は、それぞれ第１絶縁膜７０、第３絶縁膜７４及び第４絶縁膜７６となる（図４）。なお、ドライエッチングにより絶縁膜７８の一部を除去してもかまわないが、ウェットエッチングの方が第２窒化物半導体層８の表面に与えるダメージが少ないと考えられるため、ウェットエッチングの方が好ましい。
【0048】
次に、第２窒化物半導体層８の上、第１絶縁膜７０の上、第３絶縁膜７４の上及び第４絶縁膜７６の上に、第２絶縁膜７２を形成する（図５）。
【0049】
次に、第２絶縁膜７２の上の、第１絶縁膜７０の左側に、ゲート電極１２を形成する。また、第１絶縁膜７０の側面に形成された第２絶縁膜７２ａの側面及び第１絶縁膜７０の上面に形成された第２絶縁膜７２ｂの上面に、第１フィールドプレート電極３０を形成する。このとき、第２絶縁膜７２ａの側面に、第１電極部３２を形成する。また、第２絶縁膜７２ｂの上面に、第２電極部３４を形成する。（図６）
【0050】
図７は、第５絶縁膜８０及び第２フィールドプレート電極４０を形成したときの図である。第３絶縁膜７４の上の第２絶縁膜７２の上に形成される第５絶縁膜８０には、第５絶縁膜８０ａのような、第５絶縁膜８０の凸部が形成される。また、第５絶縁膜８０を形成する際に、第４絶縁膜７６の上の第２絶縁膜７２の上に形成される第５絶縁膜８０には、第５絶縁膜８０ｂのような、第５絶縁膜８０の凸部が形成される。そして、第５絶縁膜８０ａの側面に第３電極部４２が形成され、第５絶縁膜８０ａの上面に第４電極部４４が形成される。
【0051】
図８は、第６絶縁膜８２及びソースフィールドプレート電極５０を形成したときの図である。第５絶縁膜８０ｂの上に形成される第６絶縁膜８２には、第６絶縁膜８２ａのような、いわば第６絶縁膜８２の凸部が形成される。そして、第６絶縁膜８２ａの側面に第５電極部５２が形成され、第６絶縁膜８２ａの上面に第６電極部５４が形成される。
【0052】
次に、実施形態の半導体装置の作用効果を記載する。
【0053】
図９は、比較形態となる半導体装置８００の模式断面図である。
【0054】
横型の窒化物半導体を用いた半導体装置においては、ドレイン電極側におけるゲート電極周辺の電界強度と、ゲートードレイン間容量（Ｃｇｄ）の低減の両立が困難である。比較形態となる半導体装置８００においては、ゲート電極１２とドレイン電極１４の間の第２絶縁膜７２上に、第１フィールドプレート電極３０を設けている。これにより、ドレイン電極側におけるゲート電極周辺の電界強度と、ゲートードレイン間容量（Ｃｇｄ）の低減の両立が可能となる。しかし、半導体装置の小型化に伴い、ゲートードレイン間距離が短くなった際に、第１フィールドプレート電極３０のドレイン電極側、特に、第１フィールドプレート電極３０の端部３１の電界強度が増加し、半導体装置の信頼性が低下するという問題がある。なお、たとえ第１フィールドプレート電極３０が設けられていなくても、ゲート電極１２のドレイン電極側における電界強度が増加し、半導体装置の信頼性が低下するという問題がある。
【0055】
そこで、実施形態の半導体装置においては、ゲート電極１２と第１絶縁膜７０の間の第２絶縁膜７２の上に設けられた第１電極部３２と、第１絶縁膜７０の上の第２絶縁膜７２の上に設けられ、第１電極部３２に電気的に接続された第２電極部３４と、を有する第１フィールドプレート電極３０が設けられている。これにより、端部３１（図９）を有しない第１フィールドプレート電極３０が提供可能となる。図１０は、実施形態の半導体装置の作用効果を説明するための模式断面図である。いわば、比較形態の半導体装置８００において端部３１（図９）に集中していた電界強度を、第１電極部３２の底面のドレイン電極１４側の端部３２ｃと、第２電極部３４の底面のドレイン電極１４側の端部３４ｃに分散させることが可能となる。これにより、信頼性の向上した半導体装置の提供が可能となる。
【0056】
また、実施形態の半導体装置においては、第１絶縁膜７０と第３絶縁膜７４の間の第２絶縁膜７２の上に設けられた第３電極部４２と、第３絶縁膜７４の上の第２絶縁膜７２の
上に設けられ、第３電極部４２に電気的に接続された第４電極部４４と、を有する第２フィールドプレート電極４０が設けられている。これにより、電界強度を、さらに第４電極部４４の底面のドレイン電極１４側の端部４２ｃと、第４電極部４４の底面のドレイン電極１４側の端部４４ｃに分散させることが可能となる。これにより、信頼性の向上した半導体装置の提供が可能となる。
上に設けられ、第３電極部４２に電気的に接続された第４電極部４４と、を有する第２フィールドプレート電極４０が設けられている。これにより、電界強度を、さらに第４電極部４４の底面のドレイン電極１４側の端部４２ｃと、第４電極部４４の底面のドレイン電極１４側の端部４４ｃに分散させることが可能となる。これにより、信頼性の向上した半導体装置の提供が可能となる。
【0057】
また、実施形態の半導体装置においては、第３絶縁膜７４と第４絶縁膜７６の間の第２絶縁膜７２の上に設けられた第５電極部５２と、第４絶縁膜７６の上の第２絶縁膜７２の上に設けられ、第５電極部５２に電気的に接続された第６電極部５４と、を有するソースフィールドプレート電極５０が設けられている。これにより、電界強度を、さらに第５電極部５２の底面のドレイン電極１４側の端部５２ｃと、第６電極部５４の底面のドレイン電極１４側の端部５４ｃに分散させることが可能となる。これにより、信頼性の向上した半導体装置の提供が可能となる。
【0058】
Ｙ方向における第１絶縁膜７０の長さは、Ｙ方向における第１フィールドプレート電極３０の長さより短いことが好ましい。第１フィールドプレート電極３０は、第１絶縁膜７０の上面を用いて形成される第２電極部３４と、第１絶縁膜７０の側面を利用して形成される第１電極部３２と、を有する。そのため、少なくとも第１電極部３２のだけ、Ｙ方向における第１フィールドプレート電極３０の長さは、Ｙ方向における第１絶縁膜７０の長さより長くなる。
【0059】
Ｙ方向における第３絶縁膜７４の長さは、Ｙ方向における第２フィールドプレート電極４０の長さより短いことが好ましい。第２フィールドプレート電極４０は、第５絶縁膜８０ａの上面を用いて形成される第４電極部４４と、第５絶縁膜８０ａの側面を利用して形成される第３電極部４２と、を有する。ここで、第５絶縁膜８０ａは、第３絶縁膜７４の上に形成されている。そのため、Ｙ方向における第５絶縁膜８０ａの長さは、Ｙ方向における第３絶縁膜７４の長さと同等以上であると考えられる。よって、Ｙ方向における第４電極部４４の長さは、Ｙ方向における第５絶縁膜８０ａの長さと同等と考えられる。そして、第２フィールドプレート電極４０はさらに第３電極部４２を有している。そのため、Ｙ方向における第３絶縁膜７４の長さは、Ｙ方向における第２フィールドプレート電極４０の長さより短くなる。
【0060】
同様に、Ｙ方向における第４絶縁膜７６の長さはＹ方向におけるソースフィールドプレート電極５０の長さより短いことが好ましい。
【0061】
Ｙ方向に平行な方向における第１絶縁膜７０の長さＬ１は、Ｙ方向に平行な方向における第３絶縁膜７４の長さＬ２以下であることが好ましい。また、Ｙ方向に平行な方向における第３絶縁膜７４の長さＬ２は、Ｙ方向に平行な方向における第４絶縁膜７６の長さＬ３以下であることが好ましい。言い換えると、Ｌ１≦Ｌ２≦Ｌ３であることが好ましい。これは、端部３２ｃ、端部３４ｃ、端部４２ｃ、端部４４ｃ、端部５２ｃ及び端部５４ｃを、ドレイン電極１４からみたときに適切に分散させて配置して、電界強度の集中を避けるためである。
【0062】
第１絶縁材料と第２絶縁材料は異なることが好ましい。これは、第１絶縁材料の誘電率と第２絶縁材料の誘電率を適切に制御して、電界強度の集中を避けるためである。この観点からは特に、第１絶縁材料の誘電率は、第２絶縁材料の誘電率よりも低いことが好ましい。
【0063】
第１電極部３２の底面、第１電極部３２の側面、及び第２電極部３４の底面は、第２絶縁膜７２と接することが好ましい。これは、このように第１フィールドプレート電極３０を形成することにより、第１フィールドプレート電極３０の形成が容易になるためである。
【0064】
実施形態の半導体装置によれば、信頼性の向上した半導体装置の提供が可能となる。
【0065】
本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、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、変更を行うことが出来る。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共に、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。
【符号の説明】
【0066】
２ 基板
４ バッファ層
６ 第１窒化物半導体層
８ 第２窒化物半導体層
１０ ソース電極（第１電極）
１２ ゲート電極（第３電極）
１４ ドレイン電極（第２電極）
２０ ゲートフィールドプレート電極
２２ 第１ゲートフィールドプレート電極部
２４ 第２ゲートフィールドプレート電極部
３０ 第１フィールドプレート電極（第４電極）
３２ 第１電極部
３４ 第２電極部
４０ 第２フィールドプレート電極（第５電極、第４電極）
４２ 第３電極部（第１電極部）
４４ 第４電極部（第２電極部）
５０ ソースフィールドプレート電極（第６電極、第５電極）
５１ 電極部
５２ 第５電極部（第３電極部）
５４ 第６電極部（第４電極部）
６０ ドレインフィールドプレート電極
６２ 第１ドレインフィールドプレート電極部
６４ 第２ドレインフィールドプレート電極部
７０ 第１絶縁膜
７２ 第２絶縁膜
７４ 第３絶縁膜
７６ 第４絶縁膜
８０ 第５絶縁膜
８２ 第６絶縁膜
８４ 第７絶縁膜
８６ 第８絶縁膜
１００ 半導体装置
１１０ 半導体装置
４ バッファ層
６ 第１窒化物半導体層
８ 第２窒化物半導体層
１０ ソース電極（第１電極）
１２ ゲート電極（第３電極）
１４ ドレイン電極（第２電極）
２０ ゲートフィールドプレート電極
２２ 第１ゲートフィールドプレート電極部
２４ 第２ゲートフィールドプレート電極部
３０ 第１フィールドプレート電極（第４電極）
３２ 第１電極部
３４ 第２電極部
４０ 第２フィールドプレート電極（第５電極、第４電極）
４２ 第３電極部（第１電極部）
４４ 第４電極部（第２電極部）
５０ ソースフィールドプレート電極（第６電極、第５電極）
５１ 電極部
５２ 第５電極部（第３電極部）
５４ 第６電極部（第４電極部）
６０ ドレインフィールドプレート電極
６２ 第１ドレインフィールドプレート電極部
６４ 第２ドレインフィールドプレート電極部
７０ 第１絶縁膜
７２ 第２絶縁膜
７４ 第３絶縁膜
７６ 第４絶縁膜
８０ 第５絶縁膜
８２ 第６絶縁膜
８４ 第７絶縁膜
８６ 第８絶縁膜
１００ 半導体装置
１１０ 半導体装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
