特許 7500500 半導体装置

(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】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20240610BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20240610BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20240610BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20240610BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20240610BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20240610BHJP

   H01L 29/423 20060101ALI20240610BHJP

   H01L 29/49 20060101ALI20240610BHJP

   H01L 29/41 20060101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

H01L29/80 H

H01L29/78 301B

H01L29/78 301Y

H01L21/28 301B

H01L29/58 G

H01L29/44 S

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021092071

(22)【出願日】2021-06-01

(65)【公開番号】P2022184304

(43)【公開日】2022-12-13

【審査請求日】2023-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】向井 章

【審査官】戸川 匠

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０６８７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５９５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８８１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２１７５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３３８

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

Ｈ０１Ｌ ２９／４２３

Ｈ０１Ｌ ２９／４１

Ｈ０１Ｌ ２９／４９

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／７７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極と、
第２電極であって、前記第１電極から前記第２電極への方向は第１方向に沿う、前記第２電極と、
第１電極部分を含む第３電極であって、前記第１方向における前記第１電極部分の位置は、前記第１方向における前記第１電極の位置と、前記第１方向における前記第２電極の位置と、の間にある、前記第３電極と、
第１半導体領域及び第２半導体領域を含む半導体部材であって、
前記第１半導体領域は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含み、前記第１半導体領域は、第１部分領域、第２部分領域、第３部分領域、第４部分領域及び第５部分領域を含み、前記第１部分領域から前記第１電極への方向、前記第２部分領域から前記第２電極への方向、及び、前記第３部分領域から前記第１電極部分への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿い、前記第４部分領域の前記第１方向における位置は、前記第１部分領域の前記第１方向における位置と、前記第３部分領域の前記第１方向における位置との間にあり、前記第５部分領域の前記第１方向における位置は、前記第３部分領域の前記第１方向における前記位置と、前記第２部分領域の前記第１方向における位置と、の間にある、前記第１半導体領域と、
前記第２半導体領域は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜ｘ２）を含み、前記第２半導体領域は、第１半導体部分及び第２半導体部分を含み、前記第４部分領域から前記第１半導体部分への方向は前記第２方向に沿い、前記第５部分領域から前記第２半導体部分への方向は前記第２方向に沿う、前記第２半導体領域と、
を含む前記半導体部材と、
第１絶縁領域を含む第１絶縁部材であって、前記第１絶縁領域は、前記第２方向において前記第３部分領域と前記第１電極部分との間にあり、前記第１絶縁領域の少なくとも一部は、前記第１方向において前記第４部分領域と前記第５部分領域との間にある、前記第１絶縁部材と、
Ａｌ、Ｓｉ及び酸素を含む化合物部材であって、前記化合物部材は、第１化合物領域を含み、前記第１化合物領域の少なくとも一部は、前記第１方向において、前記第４部分領域と、前記第１絶縁領域の少なくとも一部と、の間にあり、前記第１半導体部分の少なくとも一部は、前記第２方向において前記化合物部材と重ならない、前記化合物部材と、
を備えた半導体装置。

【請求項2】

前記化合物部材において、Ａｌの原子濃度を［Ａｌ］とし、Ｓｉの原子濃度を［Ｓｉ］としたとき、前記化合物部材におけるＡｌのカチオン組成比αは、［Ａｌ］／（［Ｓｉ］＋［Ａｌ］）により表され、
前記Ａｌの前記カチオン組成比αは、０．１以上０．４以下である、請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記化合物部材は、窒素（Ｎ）をさらに含む、請求項１記載の半導体装置。

【請求項4】

前記化合物部材において、Ａｌの原子濃度を［Ａｌ］とし、Ｓｉの原子濃度を［Ｓｉ］としたとき、前記化合物部材におけるＡｌのカチオン組成比αは、［Ａｌ］／（［Ｓｉ］＋［Ａｌ］）により表され、
前記化合物部材において、窒素（Ｎ）の原子濃度を［Ｎ］とし、酸素（Ｏ）の原子濃度を［Ｏ］としたとき、前記化合物部材におけるＮのアニオン組成比βは、［Ｎ］／（［Ｎ］＋［Ｏ］）により表され、
前記Ａｌの前記カチオン組成比αは、０．９以下であり、
前記Ｎの前記アニオン組成比βは、０．７以下であり、
前記Ａｌの前記カチオン組成比α、及び、前記Ｎの前記アニオン組成比βは、
－０．６α＋１ ＜ β ＜ －０．５α＋１．２
を満たす、請求項３記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１絶縁部材は、第２絶縁領域をさらに含み、
前記第２絶縁領域は、前記第１方向において前記第１半導体部分と前記第１電極部分との間にあり、
前記第１化合物領域の一部は、前記第１方向において前記第１半導体部分と前記第２絶縁領域との間にある、請求項１～４のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１化合物領域の一部は、前記第２方向において、前記第３部分領域と、前記第２絶縁領域の一部と、の間にある、請求項５記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第３電極は、第２電極部分をさらに含み、
前記第１半導体部分は、前記第２方向において前記第４部分領域と前記第２電極部分との間にあり、
前記第２電極部分の少なくとも一部は、前記第２方向において前記化合物部材と重ならない、請求項５または６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第３電極は、第２電極部分をさらに含み、
前記第１半導体部分は、前記第２方向において前記第４部分領域と前記第２電極部分との間にあり、
前記第２電極部分は、第１電極端部を含み、
前記化合物部材は、第１化合物端部を含み、
前記第１電極と前記第１電極端部との間の前記第１方向に沿う距離は、前記第１電極と前記第１化合物端部との間の前記第１方向に沿う距離よりも短い、請求項５または６に記載の半導体装置。

【請求項9】

Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０＜ｘ３≦１、ｘ２＜ｘ３）を含む窒化物部材をさらに備え、
前記窒化物部材は、第１窒化物領域及び第２窒化物領域を含み、
前記第１窒化物領域は、前記第１方向において前記第４部分領域と前記第１化合物領域との間にあり、
前記第２窒化物領域は、前記第２方向において、前記第３部分領域と前記第１絶縁領域との間にある、請求項１～６のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項10】

前記窒化物部材は、第３窒化物領域をさらに含み、
前記第１半導体部分は、前記第２方向において前記第４部分領域と前記第３窒化物領域との間にあり、
前記第３窒化物領域の少なくとも一部は、前記第２方向において前記化合物部材と重ならない、請求項９記載の半導体装置。

【請求項11】

前記第３電極は、第２電極部分をさらに含み、
前記第１半導体部分は、前記第２方向において前記第４部分領域と前記第２電極部分との間にあり、
前記化合物部材の一部は、前記第２方向において、前記第３窒化物領域の一部と、前記第２電極部分の一部と、の間にある、請求項１０記載の半導体装置。

【請求項12】

第１絶縁部分を含む第２絶縁部材をさらに含み、
前記第１絶縁部分は、前記第２方向において前記第１半導体部分と前記第３窒化物領域との間にあり、
前記第１絶縁部材は、シリコン及び酸素を含み、
前記第２絶縁部材は、シリコン及び窒素を含み、
前記第１絶縁部材は窒素を含まず前記第２絶縁部材は酸素を含まない、
または、前記第１絶縁部材における窒素の濃度は、前記第２絶縁部材における窒素の濃度よりも低く、前記第２絶縁部材における酸素の濃度は、前記第１絶縁部材における酸素の濃度よりも低い、請求項１０または１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記第１絶縁部分は、前記第１半導体部分と接し、
前記第３窒化物領域は、前記第１絶縁部分と接し、
前記第１絶縁部材の一部は、前記第３窒化物領域と接する、請求項１２記載の半導体装置。

【請求項14】

前記第１絶縁部材は、シリコン及び酸素を含み、
前記第１絶縁部材はＡｌを含まない、または、前記第１絶縁部材におけるＡｌの濃度は、前記化合物部材におけるＡｌの濃度よりも低い、請求項１～１３のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項15】

前記化合物部材は、第２化合物領域を含み、
前記第２化合物領域の少なくとも一部は、前記第１方向において、前記第１絶縁領域の少なくとも一部と、前記第５部分領域と、の間にあり、
前記第２半導体部分の少なくとも一部は、前記第２方向において前記化合物部材と重ならない、請求項１～８のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項16】

前記第１絶縁部材は、第３絶縁領域をさらに含み、
前記第３絶縁領域は、前記第１方向において前記第１電極部分と前記第２半導体部分との間にあり、
前記第２化合物領域の一部は、前記第１方向において前記第３絶縁領域と前記第２半導体部分との間にある、請求項１５記載の半導体装置。

【請求項17】

前記第２化合物領域の一部は、前記第２方向において、前記第３部分領域と、前記第３絶縁領域の一部と、の間にある、請求項１６記載の半導体装置。

【請求項18】

前記第３電極は、第３電極部分をさらに含み、
前記第２半導体部分は、前記第２方向において前記第５部分領域と前記第３電極部分との間にあり、
前記第３電極部分の少なくとも一部は、前記第２方向において前記化合物部材と重ならない、請求項１６または１７に記載の半導体装置。

【請求項19】

Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０＜ｘ３≦１、ｘ２＜ｘ３）を含む窒化物部材をさらに備え、
前記窒化物部材は、第１窒化物領域、第２窒化物領域、第３窒化物領域、第４窒化物領域及び第５窒化物領域を含み、
前記第１窒化物領域は、前記第１方向において前記第４部分領域と前記第１化合物領域との間にあり、
前記第２窒化物領域は、前記第２方向において、前記第３部分領域と前記第１絶縁領域との間にあり、
前記第１半導体部分は、前記第２方向において前記第４部分領域と前記第３窒化物領域との間にあり、
前記第３窒化物領域の少なくとも一部は、前記第２方向において前記化合物部材と重ならず、
前記第４窒化物領域は、前記第１方向において前記第２化合物領域と前記第５部分領域との間にあり、
前記第５窒化物領域の少なくとも一部は、前記第２方向において前記化合物部材と重ならない、請求項１５～１８のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項20】

第１絶縁部分及び第２絶縁部分を含む第２絶縁部材をさらに含み、
前記第１絶縁部分は、前記第２方向において前記第１半導体部分と前記第３窒化物領域との間にあり、
前記第２絶縁部分は、前記第２方向において前記第２半導体部分と前記第５窒化物領域との間にあり、
前記第１絶縁部材は、シリコン及び酸素を含み、
前記第２絶縁部材は、シリコン及び窒素を含み、
前記第１絶縁部材は窒素を含まず前記第２絶縁部材は酸素を含まない、
または、前記第１絶縁部材における窒素の濃度は、前記第２絶縁部材における窒素の濃度よりも低く、前記第２絶縁部材における酸素の濃度は、前記第１絶縁部材における酸素の濃度よりも低い、請求項１９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】

例えば、トランジスタなどの半導体装置において、特性の向上が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１０６４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、特性の向上が可能な半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、半導体装置は、第１電極、第２電極、第３電極、半導体部材、第１絶縁部材及び化合物部材を含む。前記第１電極から前記第２電極への方向は第１方向に沿う。前記第３電極は、第１電極部分を含む。前記第１方向における前記第１電極部分の位置は、前記第１方向における前記第１電極の位置と、前記第１方向における前記第２電極の位置と、の間にある。前記半導体部材は、第１半導体領域及び第２半導体領域を含む。前記第１半導体領域は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む。前記第１半導体領域は、第１部分領域、第２部分領域、第３部分領域、第４部分領域及び第５部分領域を含む。前記第１部分領域から前記第１電極への方向、前記第２部分領域から前記第２電極への方向、及び、前記第３部分領域から前記第１電極部分への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う。前記第４部分領域の前記第１方向における位置は、前記第１部分領域の前記第１方向における位置と、前記第３部分領域の前記第１方向における位置との間にある。前記第５部分領域の前記第１方向における位置は、前記第３部分領域の前記第１方向における前記位置と、前記第２部分領域の前記第１方向における位置と、の間にある。前記第２半導体領域は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜ｘ２）を含む。前記第２半導体領域は、第１半導体部分及び第２半導体部分を含む。前記第４部分領域から前記第１半導体部分への方向は前記第２方向に沿う。前記第５部分領域から前記第２半導体部分への方向は前記第２方向に沿う。前記第１絶縁部材は、第１絶縁領域を含む。前記第１絶縁領域は、前記第２方向において前記第３部分領域と前記第１電極部分との間にある。前記第１絶縁領域の少なくとも一部は、前記第１方向において前記第４部分領域と前記第５部分領域との間にある。前記化合物部材は、Ａｌ、Ｓｉ及び酸素を含む。前記化合物部材は、第１化合物領域を含む。前記第１化合物領域の少なくとも一部は、前記第１方向において、前記第４部分領域と、前記第１絶縁領域の少なくとも一部と、の間にある。前記第１半導体部分の少なくとも一部は、前記第２方向において前記化合物部材と重ならない。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る半導体装置１１０は、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、半導体部材１０Ｍ、第１絶縁部材４１、及び、化合物部材４５を含む。

【0009】

第１電極５１から第２電極５２への方向は、第１方向に沿う。第１方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

【0010】

第３電極５３は、第１電極部分５３ａを含む。第１方向（Ｘ軸方向）における第１電極部分５３ａの位置は、第１方向における第１電極５１の位置と、第１方向における第２電極５２の位置と、の間にある。例えば、第３電極５３の第１電極部分５３ａの少なくとも一部は、第１方向において、第１電極５１と第２電極５２との間にある。

【0011】

半導体部材１０Ｍは、第１半導体領域１０及び第２半導体領域２０を含む。第１半導体領域１０は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む。組成比ｘ１は、例えば、０以上０．１以下である。１つの例において、第１半導体領域１０は、ＧａＮ層である。

【0012】

第１半導体領域１０は、第１部分領域１１、第２部分領域１２、第３部分領域１３、第４部分領域１４及び第５部分領域１５を含む。第１部分領域１１から第１電極５１への方向、第２部分領域１２から第２電極５２への方向、及び、第３部分領域１３から第１電極部分５３ａへの方向は、第２方向に沿う。第２方向は、第１方向と交差する。第２方向は、例えば、Ｚ軸方向である。

【0013】

第４部分領域１４の第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１部分領域１１の第１方向における位置と、第３部分領域１３の第１方向における位置との間にある。第５部分領域１５の第１方向における位置は、第３部分領域１３の第１方向における位置と、第２部分領域１２の第１方向における位置と、の間にある。

【0014】

第１部分領域１１は、第１半導体領域１０のうちで、Ｚ軸方向において第１電極５１と重なる領域である。第２部分領域１２は、第１半導体領域１０のうちで、Ｚ軸方向において第２電極５２と重なる領域である。第３部分領域１３は、第１半導体領域１０のうちで、Ｚ軸方向において第３電極５３と重なる領域である。第１～第５部分領域１１～１５の互いの境界は明確でなくて良い。

【0015】

第２半導体領域２０は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜ｘ２）を含む。組成比ｘ２は、例えば、０．１５以上０．３以下である。第２半導体領域２０は、例えばＡｌＧａＮ層である。

【0016】

第２半導体領域２０は、第１半導体部分２１及び第２半導体部分２２を含む。第４部分領域１４から第１半導体部分２１への方向は、第２方向（例えばＺ軸方向）に沿う。第５部分領域１５から第２半導体部分２２への方向は、第２方向に沿う。

【0017】

この例では、半導体部材１０Ｍは、基体１０Ｓ及び窒化物半導体層１０Ｂを含む。基体１０Ｓの上に窒化物半導体層１０Ｂが設けられる。窒化物半導体層１０Ｂの上に第１半導体領域１０が設けられる。第１半導体領域１０の上に第２半導体領域２０が設けられる。

【0018】

第１絶縁部材４１は、第１絶縁領域４１ａを含む。第１絶縁領域４１ａは、第２方向（Ｚ軸方向）において第３部分領域１３と第１電極部分５３ａとの間にある。第１絶縁領域４１ａの少なくとも一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第４部分領域１４と第５部分領域１５との間にある。

【0019】

化合物部材４５は、Ａｌ、Ｓｉ及び酸素を含む。１つの例において、化合物部材４５は、例えば、ＳｉＡｌＯ膜である。化合物部材４５は、窒素をさらに含んでも良い。１つの例において、化合物部材４５は、例えば、ＳｉＡｌＯＮ膜である。

【0020】

化合物部材４５は、第１化合物領域４５ａを含む。第１化合物領域４５ａの少なくとも一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第４部分領域１４と、第１絶縁領域４１ａの少なくとも一部と、の間にある。第１半導体部分２１の少なくとも一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において化合物部材４５と重ならない。

【0021】

例えば、第１半導体領域１０において、第２半導体領域２０と対向する部分にキャリア領域１０Ｃが形成される。キャリア領域１０Ｃは、例えば、２次元電子ガスである。

【0022】

第１電極５１と第２電極５２との間に流れる電流は、第３電極５３の電位により制御できる。第１電極５１は、例えば、ソース電極として機能する。第２電極５２は、例えば、ドレイン電極として機能する。第３電極５３は、例えば、ゲート電極として機能する。半導体装置１１０は、例えば、トランジスタである。半導体装置１１０は、例えば、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）である。半導体装置１１０には、リセスゲート構造が適用される。

【0023】

実施形態においては、上記のような化合物部材４５が設けられる。化合物部材４５の第１化合物領域４５ａは、ゲート電極のリセスの側部（リセスのコーナ部を含む）に設けられる。第１化合物領域４５ａにより、例えば、ダイポールが形成される。これにより、例えば、電界分布が制御され、しきい値電圧が高くできる。

【0024】

例えば、化合物部材４５が第２半導体領域２０の全体（第１半導体部分２１の全体）の上に設けられる参考例においては、化合物部材４５がキャリア領域１０Ｃに悪影響を与え易い。例えば、電流が流れにくくなり、オン抵抗が高くなる。

【0025】

実施形態においては、化合物部材４５は、例えば、第２半導体領域２０の全体（第１半導体部分２１の全体）の上には設けられない。これにより、化合物部材４５がキャリア領域１０Ｃに与える影響が抑制される。これにより、例えば、低いオン抵抗が維持できる。実施形態においては、高いしきい値電圧が安定して得られる。実施形態においては、低いオン抵抗が得られる。実施形態においては、特性の向上が可能な半導体装置を提供できる。

【0026】

化合物部材４５が、ＳｉＡｌＯ膜である場合、化合物部材４５において、Ａｌの原子濃度を［Ａｌ］とし、Ｓｉの原子濃度を［Ｓｉ］とする。このとき、化合物部材４５におけるＡｌのカチオン組成比αは、［Ａｌ］／（［Ｓｉ］＋［Ａｌ］）により表される。実施形態において、Ａｌのカチオン組成比αは、０．１以上０．４以下であることが好ましい。Ａｌのカチオン組成比αが０．１未満のとき、高いしきい値電圧が得難くなる。Ａｌのカチオン組成比αが０．４を超えると、逆極性（逆向き）のダイポールが生じ易くなる。

【0027】

化合物部材４５が、ＳｉＡｌＯＮ膜である場合、化合物部材４５において、Ａｌの原子濃度を［Ａｌ］とし、Ｓｉの原子濃度を［Ｓｉ］とする。この場合も、化合物部材４５におけるＡｌのカチオン組成比αは、［Ａｌ］／（［Ｓｉ］＋［Ａｌ］）により表される。化合物部材４５において、窒素（Ｎ）の原子濃度を［Ｎ］とし、酸素（Ｏ）の原子濃度を［Ｏ］とする。このとき、化合物部材４５におけるＮのアニオン組成比βは、［Ｎ］／（［Ｎ］＋［Ｏ］）により表される。

【0028】

実施形態において、化合物部材４５が、ＳｉＡｌＯＮ膜である場合、Ａｌのカチオン組成比αは、０を超え０．９以下であり、窒素（Ｎ）のアニオン組成比βは、０を超え０．７以下であることが好ましい。さらに、Ａｌのカチオン組成比α、及び、Ｎのアニオン組成比βは、
－０．６α＋１ ＜ β ＜ －０．５α＋１．２
の関係を満たすことが好ましい。Ａｌのカチオン組成比αが０．９を超えると、逆極性（逆向き）のダイポールが生じ易くなる。Ｎのアニオン組成比βが０．７を超えると、ダイポールが生じ難くなる。β≦（－０．６α＋１）の場合、高いしきい値電圧が得難くなる。（－０．５α＋１．２）≦βの場合、逆極性（逆向き）のダイポールが生じ易くなる。

【0029】

１つの例において、第１絶縁部材４１は、シリコン及び酸素を含む。第１絶縁部材４１は、例えば、酸化シリコン（例えば、ＳｉＯ_２）を含む。第１絶縁部材４１はＡｌを含まない。または、第１絶縁部材４１におけるＡｌの濃度は、化合物部材４５におけるＡｌの濃度よりも低い。

【0030】

第１絶縁部材４１は、第２半導体領域２０の上に設けられて良い。第１絶縁部材４１において、ダイポールが実質的に形成されない。第１絶縁部材４１によるキャリア領域１０Ｃへの悪影響は実質的に生じない。

【0031】

図１に示すように、第１絶縁部材４１は、第２絶縁領域４１ｂをさらに含んでも良い。第２絶縁領域４１ｂは、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１半導体部分２１と第１電極部分５３ａとの間にある。第１化合物領域４５ａの一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１半導体部分２１と第２絶縁領域４１ｂとの間にある。

【0032】

図１に示すように、この例では、第１化合物領域４５ａの一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第３部分領域１３と、第２絶縁領域４１ｂの一部と、の間にある。第１化合物領域４５ａの一部がリセスの底部に設けられても良い。

【0033】

図１に示すように、第３電極５３は、第２電極部分５３ｂをさらに含んでも良い。第１半導体部分２１は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第４部分領域１４と第２電極部分５３ｂとの間にある。例えば、第２電極部分５３ｂの少なくとも一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において化合物部材４５と重ならない。化合物部材４５によるキャリア領域１０Ｃへの悪影響は、例えば、第２電極部分５３ｂの電位により抑制できる。

【0034】

例えば、第２電極部分５３ｂは、第１電極端部５３ｐを含む。第１電極端部５３ｐは、第３電極５３のうちの、第１電極５１の側の端部である。化合物部材４５は、第１化合物端部４５ｐを含む。第１化合物端部４５ｐは、第１化合物領域４５ａのうちの、第１電極５１の側の端部である。第１電極５１と第１電極端部５３ｐとの間の第１方向（Ｘ軸方向）に沿う距離は、第１電極５１と第１化合物端部４５ｐとの間の第１方向に沿う距離よりも短い。第１電極端部５３ｐは、第１電極５１の側に向けて、第１化合物端部４５ｐよりも突出している。

【0035】

図１に示すように、半導体装置１１０は、窒化物部材４６をさらに含んでも良い。窒化物部材４６は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０＜ｘ３≦１、ｘ２＜ｘ３）を含む。組成比ｘ３は、例えば、０．８以上１以下である。窒化物部材４６は、例えばＡｌＮ膜である。

【0036】

窒化物部材４６は、第１窒化物領域４６ａ及び第２窒化物領域４６ｂを含む。第１窒化物領域４６ａは、第１方向（Ｘ軸方向）において第４部分領域１４と第１化合物領域４５ａとの間にある。第２窒化物領域４６ｂは、第２方向（Ｚ軸方向）において、第３部分領域１３と第１絶縁領域４１ａとの間にある。窒化物部材４６により、低いオン抵抗が安定して得やすくなる。

【0037】

図１に示すように、窒化物部材４６は、第３窒化物領域４６ｃをさらに含んでも良い。第１半導体部分２１は、第２方向（Ｚ軸方向）において第４部分領域１４と第３窒化物領域４６ｃとの間にある。第３窒化物領域４６ｃの少なくとも一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において、化合物部材４５と重ならない。

【0038】

第３電極５３が第２電極部分５３ｂを含む場合、第１半導体部分２１は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第４部分領域１４と第２電極部分５３ｂとの間にある。化合物部材４５の一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第３窒化物領域４６ｃの一部と、第２電極部分５３ｂの一部と、の間にある。

【0039】

図１に示すように、半導体装置１１０は、第２絶縁部材４２を含んでも良い。第２絶縁部材４２は、第１絶縁部分４２ａを含む。第１絶縁部分４２ａは、第２方向（Ｚ軸方向）において、第１半導体部分２１と第３窒化物領域４６ｃとの間にある。

【0040】

第１絶縁部材４１は、シリコン及び酸素を含む。第１絶縁部材４１は、例えば酸化シリコンを含む。第２絶縁部材４２は、例えば、シリコン及び窒素を含む。第２絶縁部材４２は、例えば、窒化シリコンを含む。

【0041】

例えば、第１絶縁部材４１は窒素を含まず、第２絶縁部材４２は酸素を含まない。または、第１絶縁部材４１における窒素の濃度は、第２絶縁部材４２における窒素の濃度よりも低く、第２絶縁部材４２における酸素の濃度は、第１絶縁部材４１における酸素の濃度よりも低い。このような第２絶縁部材４２により、第２半導体領域２０の特性が安定化する。

【0042】

例えば、第１絶縁部分４２ａは、第１半導体部分２１と接する。第３窒化物領域４６ｃは、第１絶縁部分４２ａと接する。第１絶縁部材４１の一部は、第３窒化物領域４６ｃと接する。

【0043】

図１に示すように、第１絶縁部材４１は、第３絶縁領域４１ｃを含んでも良い。第３絶縁領域４１ｃは、Ｘ軸方向において、第１電極部分５３ａと第２半導体部分２２との間にある。窒化物部材４６は、第４窒化物領域４６ｄ及び第５窒化物領域４６ｅを含んでも良い。第４窒化物領域４６ｄは、第１方向（Ｘ軸方向）において第３絶縁領域４１ｃと第５部分領域１５との間にある。第４窒化物領域４６ｄの一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において第３絶縁領域４１ｃと第２半導体部分２２との間にある。第２半導体部分２２は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第５部分領域１５と第５窒化物領域４６ｅとの間にある。

【0044】

第２絶縁部材４２は、第２絶縁部分４２ｂを含んでも良い。第２半導体部分２２は、第５部分領域１５と第２絶縁部分４２ｂとの間にある。第５窒化物領域４６ｅは、Ｚ軸方向において、第２絶縁部分４２ｂと第１絶縁部材４１との間にある。

【0045】

図１に示すように、第３電極５３は、第３電極部分５３ｃを含んでも良い。第２半導体部分２２の一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第５部分領域１５と第３電極部分５３ｃとの間にある。

【0046】

図２は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図２に示すように、実施形態に係る半導体装置１１１も、第１電極５１、第２電極５２、半導体部材１０Ｍ、第１絶縁部材４１、及び、化合物部材４５を含む。半導体装置１１１において、化合物部材４５は、第２化合物領域４５ｂを含む。半導体装置１１１におけるこの他の構成は、半導体装置１１０の構成と同様で良い。

【0047】

第２化合物領域４５ｂの少なくとも一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１絶縁領域４１ａの少なくとも一部と、第５部分領域１５と、の間にある。第２半導体部分２２の少なくとも一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において化合物部材４５と重ならない。

【0048】

例えば、第１絶縁部材４１は、第３絶縁領域４１ｃを含む。第３絶縁領域４１ｃは、第１方向（Ｘ軸方向））において、第１電極部分５３ａと第２半導体部分２２と間にある。第２化合物領域４５ｂの一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において第３絶縁領域４１ｃと第２半導体部分２２との間にある。

【0049】

第２化合物領域４５ｂにより、高いしきい値電圧がより確実に得られる。実施形態においては、特性の向上が可能な半導体装置を提供できる。

【0050】

例えば、第２化合物領域４５ｂの一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第３部分領域１３と、第３絶縁領域４１ｃの一部と、の間にある。

【0051】

例えば、第３電極５３は、第３電極部分５３ｃを含む。第２半導体部分２２は、第２方向（Ｚ軸方向）において第５部分領域１５と第３電極部分５３ｃとの間にある。第３電極部分５３ｃの少なくとも一部は、第２方向において化合物部材４５と重ならない。

【0052】

第３電極部分５３ｃは、第２電極端部５３ｑを含む。第２化合物領域４５ｂは、第２化合物端部４５ｑを含む。第２電極端部５３ｑと第２電極５２との間の第１方向（Ｘ軸方向）に沿う距離は、第２化合物端部４５ｑと第２電極５２との間の第１方向に沿う距離よりも短い。

【0053】

図２に示すように、半導体装置１１１も、窒化物部材４６を含んでも良い。窒化物部材４６は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１－ｘ３Ｎ（０＜ｘ３≦１、ｘ２＜ｘ３）を含む。窒化物部材４６は、第１窒化物領域４６ａ、第２窒化物領域４６ｂ、第３窒化物領域４６ｃ、第４窒化物領域４６ｄ及び第５窒化物領域４６ｅを含む。

【0054】

第１窒化物領域４６ａは、第１方向（Ｘ軸方向）において第４部分領域１４と第１化合物領域４５ａとの間にある。第２窒化物領域４６ｂは、第２方向（Ｚ軸方向）において、第３部分領域１３と第１絶縁領域４１ａとの間にある。第１半導体部分２１は、第２方向（Ｚ軸方向）において第４部分領域１４と第３窒化物領域４６ｃとの間にある。第３窒化物領域４６ｃの少なくとも一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において化合物部材４５と重ならない。第４窒化物領域４６ｄは、第１方向（Ｘ軸方向）において第２化合物領域４５ｂと第５部分領域１５との間にある。第５窒化物領域４６ｅの少なくとも一部は、第２方向（Ｚ軸方向）において化合物部材４５と重ならない。

【0055】

例えば、第３電極５３は、第３電極部分５３ｃを含む。第２半導体部分２２は、第２方向において第５部分領域１５と第３電極部分５３ｃとの間にある。化合物部材４５（第２化合物領域４５ｂ）の一部は、第２方向において、第５窒化物領域４６ｅの一部と、第３電極部分５３ｃの一部と、の間にある。

【0056】

図２に示すように、半導体装置１１１も第２絶縁部材４２を含んでも良い。第２絶縁部材４２は、第１絶縁部分４２ａ及び第２絶縁部分４２ｂを含む。第１絶縁部分４２ａは、第２方向（Ｚ軸方向）において第１半導体部分２１と第３窒化物領域４６ｃとの間にある。第２絶縁部分４２ｂは、第２方向において第２半導体部分２２と第５窒化物領域４６ｅとの間にある。既に説明したように、第１絶縁部材４１は、シリコン及び酸素を含む。第２絶縁部材４２は、シリコン及び窒素を含む。例えば、第１絶縁部材４１は窒素を含まず第２絶縁部材４２は酸素を含まない。または、第１絶縁部材４１における窒素の濃度は、第２絶縁部材４２における窒素の濃度よりも低く、第２絶縁部材４２における酸素の濃度は、第１絶縁部材４１における酸素の濃度よりも低い。

【0057】

図３は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図３に示すように、実施形態に係る半導体装置１１２も、第１電極５１、第２電極５２、半導体部材１０Ｍ、第１絶縁部材４１、及び、化合物部材４５を含む。半導体装置１１２において、化合物部材４５は、第３化合物領域４５ｃを含む。半導体装置１１２におけるこの他の構成は、半導体装置１１１の構成と同様で良い。

【0058】

第３化合物領域４５ｃは、第２方向（Ｚ軸方向）において、第３部分領域１３と第１絶縁領域４１ａとの間にある。第３化合物領域４５ｃにより、高いしきい値電圧がより確実に得られる。実施形態においては、特性の向上が可能な半導体装置を提供できる。

【0059】

第１～第３化合物領域４５ａ～４５ｃの間の境界は、不明確でよい。第３化合物領域４５ｃは、第１化合物領域４５ａと連続して良い。第３化合物領域４５ｃは、第２化合物領域４５ｂと連続して良い。第３化合物領域４５ｃが設けられず、第２化合物領域４５ｂが第１化合物領域４５ａと連続して良い。

【0060】

第１実施形態において、第１電極５１と第３電極５３との間の第１方向（Ｘ軸方向）に沿う距離は、第３電極５３と第２電極５２との間の第１方向（Ｘ軸方向）に沿う距離よりも短い。この場合、第１電極５１はソース電極として機能し、第２電極５２はドレイン電極として機能する。

【0061】

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図４に示すように、実施形態に係る半導体装置１２０も、第１電極５１、第２電極５２、半導体部材１０Ｍ、第１絶縁部材４１、及び、化合物部材４５を含む。半導体装置１２０においては、第１電極５１と第３電極５３との間の第１方向（Ｘ軸方向）沿う距離は、第３電極５３と第２電極５２との間の第１方向（Ｘ軸方向）に沿う距離よりも長い。半導体装置１２０において、第１電極５１はドレイン電極として機能し、第２電極５２はソース電極として機能する。半導体装置１２０においても、第１化合物領域４５ａを含む化合物部材４５が設けられる。例えば、高いしきい値電圧が得られる。低いオン抵抗が得られる。実施形態においては、特性の向上が可能な半導体装置を提供できる。

【0062】

実施形態において、化合物部材４５の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。窒化物部材４６の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第２絶縁部材４２の厚さは、例えば、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。部材における元素の濃度（組成比でも良い）に関する情報は、例えば、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）などにより得られる。

【0063】

第１電極５１及び第２電極５２の少なくともいずれかは、例えば、Ｔｉ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第３電極５３は、例えば、ＴｉＮ、Ｎｉ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

【0064】

実施形態に係る１つの例において、第３電極５３と第２電極５２との間のＸ軸方向に沿う距離は、例えば、１５μｍ以上２０μｍ以下である。１つの例において、リセスゲート構造のリセス量（例えば、第２半導体領域２０の上面から第１絶縁領域４１ａの底面までの距離、または、第２半導体領域２０の上面から第２窒化物領域４６ｂの底面までの距離）は、１５０ｎｍ以上である。これにより、安定したしきい値電圧が得易い。１つの例において、第２半導体領域２０の厚さ（Ｚ軸方向に沿う長さ）は、例えば、２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。第１絶縁部材４１の厚さ（例えば、第１絶縁領域４１ａのＺ軸方向に沿う長さ）は、例えば、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。

【0065】

実施形態によれば、特性の向上が可能な半導体装置を提供できる。

【0066】

実施形態において「窒化物半導体」は、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含む。上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれる。

【0067】

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる、電極、半導体部材、絶縁部材、化合物部材及び窒化物部材などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

【0068】

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

【0069】

その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0070】

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

【0071】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0072】

１０…第１半導体領域、 １０Ｂ…窒化物半導体層、 １０Ｃ…キャリア領域、 １０Ｍ…半導体部材、 １０Ｓ…基体、 １１～１５…第１～第５部分領域、 ２０…第２半導体領域、 ２１、２２…第１、第２半導体部分、 ４１…第１絶縁部材、 ４１ａ～４１ｃ…第１～第３絶縁領域、 ４２…第２絶縁部材、 ４２ａ、４２ｂ…第１、第２絶縁部分、 ４５…化合物部材、 ４５ａ～４５ｃ…第１～第３化合物領域、 ４５ｐ、４５ｑ…第１、第２化合物端部、 ４６…窒化物部材、 ４６ａ～４６ｅ…第１～第５窒化物領域、 ５１～５３…第１～第３電極、 ５３ａ～５３ｃ…第１～第３電極部分、 ５３ｐ、５３ｑ…第１、第２電極端部、 １１０～１１２、１２０…半導体装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】