特許 7618119 窒化物半導体装置およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-09

(45)【発行日】2025-01-20

(54)【発明の名称】窒化物半導体装置およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H10D 84/87 20250101AFI20250110BHJP

【ＦＩ】

H01L27/06 F

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2024566434

(86)(22)【出願日】2024-07-02

(86)【国際出願番号】 JP2024023920

【審査請求日】2024-11-08

(31)【優先権主張番号】63/525,283

(32)【優先日】2023-07-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520133916

【氏名又は名称】ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】神田 裕介

【審査官】杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／０１７１２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００９１３１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２２／１６８８００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－３０３２１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３２

Ｈ０１Ｌ ２９／７７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

能動素子と受動素子とを備える窒化物半導体装置であって、
平面視で活性領域と不活性領域とに区分される窒化物半導体層と、
前記不活性領域で前記窒化物半導体層に接する金属層と、を備え、
前記能動素子は、前記活性領域に設けられ、
前記受動素子は、前記不活性領域に設けられ、
前記金属層は、前記窒化物半導体層に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む、
窒化物半導体装置。

【請求項2】

前記窒化物半導体層は、チャネル層と、前記チャネル層の上方に設けられたバリア層と、を含み、
前記能動素子は、前記チャネル層と前記バリア層との界面近傍に生じる二次元電子ガスを含む、
請求項１に記載の窒化物半導体装置。

【請求項3】

前記活性領域において、前記チャネル層のキャリア密度は、１×１０^１５ｃｍ^－３以上である、
請求項２に記載の窒化物半導体装置。

【請求項4】

前記窒化物半導体層は、複数の層からなる積層構造を有し、
前記不活性領域において、前記窒化物半導体層の最上層のキャリア密度は、１×１０^１５ｃｍ^－３より小さい、
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項5】

前記不活性領域における前記窒化物半導体層と前記金属層との接触面は、前記活性領域における前記窒化物半導体層の最上面よりも下方に位置している、
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項6】

前記窒化物半導体層は、前記チャネル層の下方に設けられたバッファ層をさらに含み、
前記金属層は、前記不活性領域で前記バッファ層に接する、
請求項２または３に記載の窒化物半導体装置。

【請求項7】

前記窒化物半導体層は、ＣまたはＦｅがドープされた不純物領域を含み、
前記金属層は、前記不活性領域で前記不純物領域に接する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項8】

前記金属層は、
バリアメタル層と、
前記バリアメタル層の上方に設けられ、前記バリアメタル層よりも抵抗が低い低抵抗金属層と、を含む、
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項9】

前記受動素子は、前記金属層を含む抵抗素子である、
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項10】

前記受動素子は、前記金属層を下部電極として含むキャパシタである、
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項11】

前記受動素子は、前記金属層を含むインダクタである、
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項12】

前記バリアメタル層の格子定数は、前記低抵抗金属層の格子定数より大きく、前記窒化物半導体層の、前記金属層との接触面におけるａ軸の格子定数の√２倍以下である、
請求項８に記載の窒化物半導体装置。

【請求項13】

前記低抵抗金属層およびバリアメタル層の各々の格子定数は、前記窒化物半導体層の、前記金属層との接触面におけるａ軸の格子定数の√２倍の９０％以上である、
請求項１２に記載の窒化物半導体装置。

【請求項14】

前記低抵抗金属層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｔからなる群から選択される少なくとも１種の元素によって構成される面心立方格子構造を有する、
請求項８に記載の窒化物半導体装置。

【請求項15】

前記バリアメタル層は、Ｔｉ、Ｔａ、ＷおよびＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の元素と、ＮおよびＣの少なくとも一方の元素とによって構成されるＮａＣｌ型構造を有する、
請求項８に記載の窒化物半導体装置。

【請求項16】

前記金属層は、前記バリアメタル層と前記窒化物半導体層との間に設けられ、Ｔｉ、Ｔａ、ＷおよびＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の元素によって構成される六方最密構造を有する層をさらに含む、
請求項８に記載の窒化物半導体装置。

【請求項17】

前記能動素子は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を含み、
前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極の少なくとも１つは、前記金属層の少なくとも一部と同じ材料を含む、
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項18】

能動素子と受動素子とを備える窒化物半導体装置の製造方法であって、
平面視で活性領域と不活性領域とに区分される窒化物半導体層を形成する工程と、
前記不活性領域で前記窒化物半導体層に接する金属層を形成する工程と、を含み、
前記能動素子は、前記活性領域に設けられ、
前記受動素子は、前記不活性領域に設けられ、
前記金属層は、前記窒化物半導体層に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む、
窒化物半導体装置の製造方法。

【請求項19】

前記窒化物半導体層に第１リセス部を形成する工程と、
前記第１リセス部内に前記能動素子のソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記窒化物半導体層上に前記能動素子のゲート電極を形成する工程と、
前記金属層を形成する前に前記窒化物半導体層に第２リセス部を形成する工程と、を含み、
前記金属層を形成する工程では、前記第２リセス部の底面に前記金属層を形成する、
請求項１８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。

【請求項20】

前記第１リセス部を形成する工程および前記第２リセス部を形成する工程は、同時に行われる、
請求項１９に記載の窒化物半導体装置の製造方法。

【請求項21】

前記金属層を形成する工程および前記ゲート電極を形成する工程は、同時に行われる、
請求項１９または２０に記載の窒化物半導体装置の製造方法。

【請求項22】

前記受動素子は、前記金属層を下部電極として含むキャパシタであり、
前記窒化物半導体装置の製造方法は、さらに、
前記金属層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に上部電極を形成する工程と、を含む、
請求項２１に記載の窒化物半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、窒化物半導体装置およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ＧａＮ層と、ＧａＮ層上に設けられたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層上に設けられたｐ型ＧａＮ層と、ｐ型ＧａＮ層上に設けられた金属層からなるインダクタと、を備える電子デバイスが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０３８０４８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

金属層と接する半導体層がキャリアを含む場合、半導体層内には、金属層との界面から延びる空乏層が形成される。形成された空乏層は、寄生容量の増大の要因になる。寄生容量は、デバイスを高周波動作させた場合に配線遅延を引き起こすおそれがある。また、デバイスに対する電圧の印加状態に起因して、キャリア密度が変わると寄生容量の大きさも変化する。その結果、高周波動作の動作ばらつきが生じうる。このように、従来技術では、高周波特性が低下するおそれがある。

【0005】

そこで、本開示は、高周波特性に優れた窒化物半導体装置およびその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る窒化物半導体装置は、能動素子と受動素子とを備える窒化物半導体装置であって、平面視で活性領域と不活性領域とに区分される窒化物半導体層と、前記不活性領域で前記窒化物半導体層に接する金属層と、を備え、前記能動素子は、前記活性領域に設けられ、前記受動素子は、前記不活性領域に設けられ、前記金属層は、前記窒化物半導体層に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む。

【0007】

本開示の一態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、能動素子と受動素子とを備える窒化物半導体装置の製造方法であって、平面視で活性領域と不活性領域とに区分される窒化物半導体層を形成する工程と、前記不活性領域で前記窒化物半導体層に接する金属層を形成する工程と、を含み、前記能動素子は、前記活性領域に設けられ、前記受動素子は、前記不活性領域に設けられ、前記金属層は、前記窒化物半導体層に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、高周波特性に優れた窒化物半導体装置およびその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】図１Ａは、受動素子としてキャパシタを備える実施の形態１に係る窒化物半導体装置の断面図である。

【図1B】図１Ｂは、受動素子として抵抗素子を備える実施の形態１に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。

【図1C】図１Ｃは、能動素子としてインダクタを備える実施の形態１に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。

【図2A】図２Ａは、六方最密構造の結晶構造を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、面心立方格子構造の結晶構造を示す図である。

【図3A】図３Ａは、受動素子としてキャパシタを備える実施の形態１の変形例１に係る窒化物半導体装置の断面図である。

【図3B】図３Ｂは、受動素子として抵抗素子を備える実施の形態１の変形例１に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。

【図3C】図３Ｃは、能動素子としてインダクタを備える実施の形態１の変形例１に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。

【図4A】図４Ａは、受動素子としてキャパシタを備える実施の形態１の変形例２に係る窒化物半導体装置の断面図である。

【図4B】図４Ｂは、受動素子として抵抗素子を備える実施の形態１の変形例２に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。

【図4C】図４Ｃは、能動素子としてインダクタを備える実施の形態１の変形例２に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。

【図5A】図５Ａは、受動素子としてキャパシタを備える実施の形態１の変形例３に係る窒化物半導体装置の断面図である。

【図5B】図５Ｂは、受動素子として抵抗素子を備える実施の形態１の変形例３に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。

【図5C】図５Ｃは、能動素子としてインダクタを備える実施の形態１の変形例３に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。

【図6】図６は、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第１例を示すフローチャートである。

【図7A】図７Ａは、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第１例に含まれる一工程を説明するための断面図である。

【図7B】図７Ｂは、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第１例に含まれる一工程を説明するための断面図である。

【図7C】図７Ｃは、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第１例に含まれる一工程を説明するための断面図である。

【図7D】図７Ｄは、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第１例に含まれる一工程を説明するための断面図である。

【図7E】図７Ｅは、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第１例に含まれる一工程を説明するための断面図である。

【図7F】図７Ｆは、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第１例に含まれる一工程を説明するための断面図である。

【図8】図８は、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第２例を示すフローチャートである。

【図9A】図９Ａは、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第２例に含まれる一工程を説明するための断面図である。

【図9B】図９Ｂは、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第２例に含まれる一工程を説明するための断面図である。

【図10】図１０は、実施の形態１に係る窒化物半導体装置の製造方法の第３例を示すフローチャートである。

【図11】図１１は、実施の形態２に係る窒化物半導体装置の断面図である。

【図12】図１２は、実施の形態２の変形例に係る窒化物半導体装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（本開示の概要）
本開示の第１態様に係る窒化物半導体装置は、能動素子と受動素子とを備える窒化物半導体装置であって、平面視で活性領域と不活性領域とに区分される窒化物半導体層と、前記不活性領域で前記窒化物半導体層に接する金属層と、を備え、前記能動素子は、前記活性領域に設けられ、前記受動素子は、前記不活性領域に設けられ、前記金属層は、前記窒化物半導体層に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む。

【0011】

これにより、金属層の結晶性が良くなるので、金属層の電気特性が良化（例えば、低抵抗化）して高周波特性を向上させることができる。また、金属層が不活性領域に設けられるので、金属層を含む受動素子は、高周波動作時のキャリアの変動の影響を受けにくくなる。よって、高周波特性に優れた窒化物半導体装置を実現することができる。

【0012】

本開示の第２態様に係る窒化物半導体装置は、第１態様に係る窒化物半導体装置であって、前記窒化物半導体層は、チャネル層と、前記チャネル層の上方に設けられたバリア層と、を含み、前記能動素子は、前記チャネル層と前記バリア層との界面近傍に生じる二次元電子ガスを含む。

【0013】

これにより、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の高い電子移動度を利用することで、能動素子の高速動作が可能になる。例えば、スイッチング動作の高速化などが可能になり、窒化物半導体装置の高周波特性を向上させることができる。

【0014】

本開示の第３態様に係る窒化物半導体装置は、第２態様に係る窒化物半導体装置であって、前記活性領域において、前記チャネル層のキャリア密度は、１×１０^１５ｃｍ^－３以上である。

【0015】

これにより、２ＤＥＧの高い電子移動度を利用することで、能動素子の高速動作が可能になる。例えば、スイッチング動作の高速化などが可能になり、窒化物半導体装置の高周波特性を向上させることができる。

【0016】

本開示の第４態様に係る窒化物半導体装置は、第１態様～第３態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記窒化物半導体層は、複数の層からなる積層構造を有し、前記不活性領域において、前記窒化物半導体層の最上層のキャリア密度は、１×１０^１５ｃｍ^－３より小さい。

【0017】

これにより、金属層と窒化物半導体層との寄生容量を低減することができるので、受動素子の高周波特性が向上する。

【0018】

本開示の第５態様に係る窒化物半導体装置は、第１態様～第４態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記不活性領域における前記窒化物半導体層と前記金属層との接触面は、前記活性領域における前記窒化物半導体層の最上面よりも下方に位置している。

【0019】

これにより、不活性領域では、例えばバリア層の大部分または全部を除去することにより、２ＤＥＧを発生させないようにすることができる。このため、窒化物半導体層のキャリア濃度が低減されるので、金属層と窒化物半導体層との寄生容量を低減することができる。よって、受動素子の高周波特性を向上させることができる。

【0020】

本開示の第６態様に係る窒化物半導体装置は、第２態様または第３態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記窒化物半導体層は、前記チャネル層の下方に設けられたバッファ層をさらに含み、前記金属層は、前記不活性領域で前記バッファ層に接する。

【0021】

これにより、バッファ層は一般的に高抵抗な層であり、キャリア濃度が十分に低い。このため、動作ばらつきが抑制されるので、受動素子の高周波特性を向上させることができる。

【0022】

本開示の第７態様に係る窒化物半導体装置は、第１態様～第６態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記窒化物半導体層は、ＣまたはＦｅがドープされた不純物領域を含み、前記金属層は、前記不活性領域で前記不純物領域に接する。

【0023】

これにより、ＣまたはＦｅがドープされた不純物領域は高抵抗化する。このため、動作ばらつきが抑制されるので、受動素子の高周波特性を向上させることができる。

【0024】

本開示の第８態様に係る窒化物半導体装置は、第１態様～第７態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記金属層は、バリアメタル層と、前記バリアメタル層の上方に設けられ、前記バリアメタル層よりも抵抗が低い低抵抗金属層と、を含む。

【0025】

これにより、低抵抗金属層と窒化物半導体層との混晶が抑制される。窒化物半導体層内でのキャリアの生成が抑制されるので、キャリアの変動の影響を受動素子が受けにくくなる。よって、受動素子の高周波特性を向上させることができる。

【0026】

本開示の第９態様に係る窒化物半導体装置は、第１態様～第８態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記受動素子は、前記金属層を含む抵抗素子である。

【0027】

これにより、金属層の結晶性が良くなるので、エレクトロマイグレーションに対する耐性が高まる。抵抗素子の断線または短絡が抑制されるので、抵抗素子の高周波特性を向上させることができる。

【0028】

本開示の第１０態様に係る窒化物半導体装置は、第１態様～第８態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記受動素子は、前記金属層を下部電極として含むキャパシタである。

【0029】

これにより、下部電極である金属層の結晶性が良くなるので、下部電極の低抵抗化が実現され、寄生抵抗成分に起因するロスを低減することができる。また、ヒロックなどの異常成長が抑制されるため、絶縁層のカバレッジの低下および電界集中を抑制することができる。よって、キャパシタの耐圧の低下を抑制することができる。

【0030】

本開示の第１１態様に係る窒化物半導体装置は、第１態様～第８態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記受動素子は、前記金属層を含むインダクタである。

【0031】

これにより、金属層の結晶性が良くなるので、インダクタの寄生抵抗成分を低減することができる。よって、寄生抵抗成分に起因するロスを低減することができる。

【0032】

本開示の第１２態様に係る窒化物半導体装置は、第８態様に係る窒化物半導体装置であって、前記バリアメタル層の格子定数は、前記低抵抗金属層の格子定数より大きく、前記窒化物半導体層の、前記金属層との接触面におけるａ軸の格子定数の√２倍以下である。

【0033】

これにより、低抵抗金属層に生じうる転位を低減することができるので、低抵抗金属層のさらなる低抵抗化が可能になる。

【0034】

本開示の第１３態様に係る窒化物半導体装置は、第１２態様に係る窒化物半導体装置であって、前記低抵抗金属層およびバリアメタル層の各々の格子定数は、前記窒化物半導体層の、前記金属層との接触面におけるａ軸の格子定数の√２倍の９０％以上である。

【0035】

これにより、低抵抗金属層に生じうる転位を低減することができるので、低抵抗金属層のさらなる低抵抗化が可能になる。

【0036】

本開示の第１４態様に係る窒化物半導体装置は、第８態様、第１２態様または第１３態様に係る窒化物半導体装置であって、前記低抵抗金属層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｔからなる群から選択される少なくとも１種の元素によって構成される面心立方格子構造を有する。

【0037】

これにより、金属層の結晶性を維持しながら低抵抗化が可能になる。

【0038】

本開示の第１５態様に係る窒化物半導体装置は、第８態様、第１２態様～第１４態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記バリアメタル層は、Ｔｉ、Ｔａ、ＷおよびＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の元素と、ＮおよびＣの少なくとも一方の元素とによって構成されるＮａＣｌ型構造を有する。

【0039】

これにより、金属層の結晶性を維持しながら、金属層と窒化物半導体層との混晶を抑制することができる。

【0040】

本開示の第１６態様に係る窒化物半導体装置は、第８態様、第１２態様～第１５態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記金属層は、前記バリアメタル層と前記窒化物半導体層との間に設けられ、Ｔｉ、Ｔａ、ＷおよびＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の元素によって構成される六方最密構造を有する層をさらに含む。

【0041】

これにより、金属層の結晶性を維持しながら、金属層と窒化物半導体層との密着性を高めることができる。

【0042】

本開示の第１７態様に係る窒化物半導体装置は、第１態様～第１６態様のいずれか１つに係る窒化物半導体装置であって、前記能動素子は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を含み、前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極の少なくとも１つは、前記金属層の少なくとも一部と同じ材料を含む。

【0043】

これにより、金属層と同じ材料を含む電極を、金属層と同一工程で形成することができる。

【0044】

本開示の第１８態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、能動素子と受動素子とを備える窒化物半導体装置の製造方法であって、平面視で活性領域と不活性領域とに区分される窒化物半導体層を形成する工程と、前記不活性領域で前記窒化物半導体層に接する金属層を形成する工程と、を含み、前記能動素子は、前記活性領域に設けられ、前記受動素子は、前記不活性領域に設けられ、前記金属層は、前記窒化物半導体層に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む。

【0045】

これにより、結晶性の良好な金属層を形成することができ、金属層の電気特性が良化（例えば、低抵抗化）して高周波特性を向上させることができる。また、金属層が不活性領域に設けられるので、金属層を含む受動素子は、高周波動作時のキャリアの変動の影響を受けにくくなる。よって、高周波特性に優れた窒化物半導体装置を製造することができる。

【0046】

本開示の第１９態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、第１８態様に係る窒化物半導体装置の製造方法であって、前記窒化物半導体層に第１リセス部を形成する工程と、前記第１リセス部内に前記能動素子のソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、前記窒化物半導体層上に前記能動素子のゲート電極を形成する工程と、前記金属層を形成する前に前記窒化物半導体層に第２リセス部を形成する工程と、を含み、前記金属層を形成する工程では、前記第２リセス部の底面に前記金属層を形成する。

【0047】

これにより、第２リセス部によって窒化物半導体層の不活化を容易に行うことができる。

【0048】

本開示の第２０態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、第１９態様に係る窒化物半導体装置の製造方法であって、前記第１リセス部を形成する工程および前記第２リセス部を形成する工程は、同時に行われる。

【0049】

これにより、第１リセス部および第２リセス部を同一工程で形成することができる。製造工程を簡略化することにより、製造誤差などが生じる可能性を低くすることができ、歩留まりを高めることができる。

【0050】

本開示の第２１態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、第１９態様または第２０態様に係る窒化物半導体装置の製造方法であって、前記金属層を形成する工程および前記ゲート電極を形成する工程は、同時に行われる。

【0051】

これにより、金属層およびゲート電極を同一工程で形成することができる。製造工程を簡略化することにより、製造誤差などが生じる可能性を低くすることができ、歩留まりを高めることができる。

【0052】

本開示の第２２態様に係る窒化物半導体装置の製造方法は、第２１態様に係る窒化物半導体装置の製造方法であって、前記受動素子は、前記金属層を下部電極として含むキャパシタであり、前記窒化物半導体装置の製造方法は、さらに、前記金属層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に上部電極を形成する工程と、を含む。

【0053】

これにより、下部電極である金属層の結晶性が良くなるので、下部電極の低抵抗化が実現され、寄生抵抗成分に起因するロスを低減することができる。また、ヒロックなどの異常成長が抑制されるため、絶縁層のカバレッジの低下および電界集中を抑制することができる。よって、キャパシタの耐圧の低下を抑制することができる。

【0054】

以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0055】

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、製造工程、ならびに、製造工程の順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0056】

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。

【0057】

また、本明細書において、平行または垂直などの要素間の関係性を示す用語、要素の形状を示す用語、および、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。

【0058】

また、本明細書および図面において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、ｚ軸方向を基板の主面に対して垂直な方向とし、基板の主面に平行な方向をｘ軸方向およびｙ軸方向としている。

【0059】

なお、本明細書において、基板の「主面」とは、基板の主要な面であり、例えば、面積が最大となる面、または、当該面積が最大になる面の反対側に位置し、最大面積の面と同等の面積を有する面を意味する。主面は通常、平面であるが、微小な凹凸または湾曲が含まれていてもよい。半導体層、金属層または絶縁層などの各層の「主面」についても同様である。

【0060】

また、本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）および下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。具体的には、ｚ軸の正方向を「上方」とみなし、ｚ軸の負方向を「下方」とみなしている。また、「上方」および「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。

【0061】

また、本明細書において、「平面視」とは、特に断りの無い限り、基板の主面に対して垂直な方向から見た場合を意味する。具体的には、「平面視」とは、ｚ軸の正側または負側から見た場合を意味する。

【0062】

また、１または複数の元素または組成物からなる層、および、１または複数の元素または組成物によって構成される層とは、当該層が実質的に１または複数の元素または組成物のみを含んでいることを意味する。ただし、当該層には、例えば製造上混入を避けられない元素など他の元素が不純物として、１％以下の割合で含まれていてもよい。

【0063】

また、本明細書において、「第１」、「第２」などの序数詞は、特に断りの無い限り、構成要素の数または順序を意味するものではなく、同種の構成要素の混同を避け、区別する目的で用いられている。

【0064】

（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係る窒化物半導体装置について説明する。

【0065】

本実施の形態に係る窒化物半導体装置は、能動素子と、受動素子と、を備える。能動素子は、例えばトランジスタ、トンネルダイオードなどである。受動素子は、例えばキャパシタ、抵抗素子、インダクタなどである。以下ではまず、受動素子としてキャパシタを備える窒化物半導体装置について、図１Ａを用いて説明する。抵抗素子またはインダクタを備える構成については、図１Ｂまたは図１Ｃを用いて後で説明する。

【0066】

［キャパシタを備える窒化物半導体装置］
図１Ａは、受動素子としてキャパシタ２０を備える本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の断面図である。図１Ａに示すように、窒化物半導体装置１は、トランジスタ１０と、キャパシタ２０と、を備える。また、窒化物半導体装置１は、基板１１０と、窒化物半導体層１２０と、を備える。

【0067】

トランジスタ１０は、能動素子の一例であり、活性領域１０１に設けられている。キャパシタ２０は、受動素子の一例であり、不活性領域１０２に設けられている。

【0068】

活性領域１０１および不活性領域１０２は、平面視で互いに重ならない領域である。本実施の形態では、第２リセス部１３６の有無によって活性領域１０１および不活性領域１０２が区分される。具体的には、第２リセス部１３６が設けられた領域が不活性領域１０２であり、第２リセス部１３６が設けられていない領域が活性領域１０１である。活性領域１０１では、チャネル層１２４のキャリア濃度が１×１０^１５ｃｍ^－３以上である。不活性領域１０２では、チャネル層１２４のキャリア濃度が１×１０^１５ｃｍ^－３より小さい。

【0069】

トランジスタ１０は、図１Ａに示すように、基板１１０および窒化物半導体層１２０の各々のうちの活性領域１０１に位置する部分と、ソース電極１４０と、ドレイン電極１４２と、ゲート電極１４４と、を備える。窒化物半導体層１２０の活性領域１０１に位置する部分では、チャネル層１２４とバリア層１２６との界面近傍に２ＤＥＧ１２５が生じる。トランジスタ１０は、２ＤＥＧ１２５をチャネルとして含む高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＥＭＴ）である。

【0070】

基板１１０は、窒化物半導体層１２０を形成するための下地基板である。基板１１０は、例えば、主面（上面）が（１１１）面であるＳｉの単結晶基板である。例えば、基板１１０の抵抗率は、１ｋΩｃｍ以上であるが、これに限定されない。基板１１０の抵抗率は、２０Ωｃｍ以下であってもよい。また、基板１１０は、Ｓｉの単結晶基板に限らず、ＳｉＣ、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）、ＧａＮまたはＡｌＮなどからなる基板であってもよい。

【0071】

窒化物半導体層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層である。窒化物半導体層１２０は、複数の層からなる積層構造を有する。具体的には、図１Ａに示すように、窒化物半導体層１２０は、バッファ層１２２と、チャネル層１２４と、バリア層１２６と、を含む。

【0072】

窒化物半導体層１２０は、平面視で活性領域１０１と不活性領域１０２とに区分される。本実施の形態では、バッファ層１２２は、活性領域１０１と不活性領域１０２とで同じ構成を有する。チャネル層１２４は、活性領域１０１に位置する部分の厚さが、不活性領域１０２に位置する部分の厚さよりも厚い。バリア層１２６は、活性領域１０１に設けられ、不活性領域１０２には設けられていない。

【0073】

バッファ層１２２は、基板１１０の上方で、かつ、チャネル層１２４の下方に設けられている。具体的には、バッファ層１２２は、基板１１０の上面とチャネル層１２４の下面とにそれぞれ接触して設けられている。バッファ層１２２は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層である。例えば、バッファ層１２２は、各々がアンドープのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮからなる複数の層の積層構造を有する。ここで、ｘは、０以上１以下である。すなわち、バッファ層１２２には、ＡｌＮ層またはＧａＮ層が含まれてもよい。バッファ層１２２は、ＣまたはＦｅがドープされることにより高抵抗化された層を含んでもよい。また、バッファ層１２２は、超格子構造を含んでもよい。なお、バッファ層１２２は、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層またはＡｌＮ層の単層構造であってもよい。あるいは、バッファ層１２２は、設けられていなくてもよい。

【0074】

チャネル層１２４は、基板１１０の上方に設けられている。具体的には、チャネル層１２４は、バッファ層１２２の上面に接触して設けられている。チャネル層１２４は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層である。例えば、チャネル層１２４は、ＧａＮからなる層であるが、Ｉｎを含んでもよい。

【0075】

本実施の形態では、チャネル層１２４は、活性領域１０１と不活性領域１０２とで厚さが異なっている。具体的には、活性領域１０１におけるチャネル層１２４の厚さは、不活性領域１０２におけるチャネル層１２４の厚さより厚い。活性領域１０１におけるチャネル層１２４の厚さは、例えば１５０ｎｍである。不活性領域１０２におけるチャネル層１２４の厚さは、例えば、活性領域１０１におけるチャネル層１２４の厚さの半分以下であるが、１０％以下であってもよく、これに限定されない。不活性領域１０２におけるチャネル層１２４は、その上面（すなわち、第２リセス部１３６の底面であり、図１Ａに示す接触面１２０ｂ）が、活性領域１０１に生じる２ＤＥＧ１２５よりも下方になるような厚さで形成されている。なお、チャネル層１２４の厚さは、活性領域１０１と不活性領域１０２とで均一であってもよい。

【0076】

バリア層１２６は、チャネル層１２４の上方に設けられている。例えば、バリア層１２６は、チャネル層１２４の上面に接触して設けられている。バリア層１２６は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層である。例えば、バリア層１２６は、厚さが１３ｎｍのＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎからなる層であるが、これに限らない。バリア層１２６を構成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比は、１５％以上１００％以下の範囲から選択された値であってもよい。また、バリア層１２６は、Ｉｎを含んでもよい。

【0077】

バリア層１２６のバンドギャップは、チャネル層１２４のバンドギャップよりも大きい。バリア層１２６とチャネル層１２４との界面近傍には、２ＤＥＧ１２５が生じる。本実施の形態では、バリア層１２６は、不活性領域１０２には設けられずに活性領域１０１のみに設けられているので、２ＤＥＧ１２５も不活性領域１０２には生じずに、活性領域１０１のみに生じる。活性領域１０１に生じた２ＤＥＧ１２５がトランジスタ１０のチャネルとして機能する。活性領域１０１において、チャネル層１２４のキャリア密度は、常温で１×１０^１５ｃｍ^－３以上である。なお、常温は、例えば２５℃である。

【0078】

窒化物半導体層１２０には、第１リセス部１３０および１３２、ならびに、第２リセス部１３６が設けられている。第１リセス部１３０および１３２、ならびに、第２リセス部１３６はそれぞれ、バリア層１２６を貫通し、かつ、チャネル層１２４の少なくとも一部が除去された凹部である。

【0079】

第１リセス部１３０は、ソース電極１４０と２ＤＥＧ１２５とのコンタクト抵抗を低減するために設けられている。第１リセス部１３０の内面には、２ＤＥＧ１２５が露出しており、露出した２ＤＥＧ１２５にソース電極１４０が直接接触することにより、コンタクト抵抗を低減することができる。

【0080】

第１リセス部１３２は、ドレイン電極１４２と２ＤＥＧ１２５とのコンタクト抵抗を低減するために設けられている。第１リセス部１３２の内面には、２ＤＥＧ１２５が露出しており、露出した２ＤＥＧ１２５にドレイン電極１４２が直接接触することにより、コンタクト抵抗を低減することができる。

【0081】

第１リセス部１３０および１３２の各々の底面の位置は、チャネル層１２４とバリア層１２６との界面よりも下方に位置している。第１リセス部１３０および１３２の各々の底面と、チャネル層１２４とバリア層１２６との界面とのｚ軸方向における差は、１０ｎｍ以下である。

【0082】

第２リセス部１３６は、窒化物半導体層１２０を不活化するために設けられている。第２リセス部１３６の底面（接触面１２０ｂ）は、活性領域１０１における窒化物半導体層１２０の最上面１２０ａよりも下方に位置している。具体的には、第２リセス部１３６が設けられることにより、不活性領域１０２ではバリア層１２６が除去される。不活性領域１０２では、チャネル層１２４が窒化物半導体層１２０の最上層である。その結果、チャネル層１２４内に２ＤＥＧ１２５が発生しないようにでき、不活性領域１０２におけるチャネル層１２４のキャリア密度が常温で１×１０^１５ｃｍ^－３よりも小さくなる。なお、常温は、例えば２５℃である。

【0083】

ソース電極１４０およびドレイン電極１４２は、平面視において、間にゲート電極１４４を挟むように互いに離れた位置に設けられている。ソース電極１４０およびドレイン電極１４２はそれぞれ、２ＤＥＧ１２５と電気的に接続されている。具体的には、ソース電極１４０は、第１リセス部１３０内に設けられて２ＤＥＧ１２５に接触している。ドレイン電極１４２は、第１リセス部１３２内に設けられて２ＤＥＧ１２５に接触している。

【0084】

ソース電極１４０およびドレイン電極１４２はいずれも、ｎ型の窒化物半導体に対してオーミック接続される金属材料を用いて形成されている。例えば、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２は、厚さが３０ｎｍのＴｉ膜と、当該Ｔｉ膜上に設けられた厚さが２００ｎｍのＡｌ膜との積層構造を有する多層電極膜である。

【0085】

なお、Ｔｉ膜の厚さは、２ｎｍ以上４０ｎｍ以下であってもよく、Ａｌ膜の厚さは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。また、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｌ、ＡｕおよびＷからなる群から選択される１つの元素の金属単体、または、選択される複数の元素の合金であってもよい。また、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２は、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴａＮなどの導電性金属窒化膜を含んでもよい。ソース電極１４０およびドレイン電極１４２は、同一工程で形成されるが、異なる工程で異なる材料を用いて形成されてもよい。

【0086】

ゲート電極１４４は、平面視において、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２の間に設けられている。本実施の形態では、ゲート電極１４４は、窒化物半導体層１２０の最上面１２０ａに接触して設けられている。

【0087】

ゲート電極１４４は、窒化物半導体層１２０に対してショットキー接続される金属材料を用いて形成される。例えば、ゲート電極１４４は、ＴｉＮ膜と、当該ＴｉＮ膜上に設けられたＡｌ膜との積層構造を有する多層電極膜である。ＴｉＮ膜およびＡｌ膜はそれぞれ、キャパシタ２０のバリアメタル層１５２および低抵抗金属層１５４と同じである。ゲート電極１４４は、ＷＮ、ＴａＮ、ＨｆＮ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｈｆ、ＲｕおよびＣｕからなる群から選択される１つを用いて形成されていてもよい。

【0088】

なお、ゲート電極１４４と窒化物半導体層１２０の最上面１２０ａとの間には、絶縁層またはｐ型の窒化物半導体層が設けられていてもよい。絶縁層は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３などの単層または積層構造を有する。ｐ型の窒化物半導体層は、例えば、ｐ型のＧａＮまたはＡｌＧａＮなどである。ｐ型の窒化物半導体層が設けられている場合、ゲート電極１４４は、ｐ型の窒化物半導体層に対してオーミック接触されていてもよい。

【0089】

続いて、キャパシタ２０について説明する。図１Ａに示すように、キャパシタ２０は、下部電極１５０と、絶縁層１６０と、上部電極１７０と、を備える。

【0090】

下部電極１５０は、不活性領域１０２で窒化物半導体層１２０に接する金属層の一例である。下部電極１５０は、窒化物半導体層１２０に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む。コヒーレント状態およびメタモルフィック状態については、後で説明する。本実施の形態では、下部電極１５０は、バリアメタル層１５２と、低抵抗金属層１５４と、を含む。

【0091】

バリアメタル層１５２は、低抵抗金属層１５４に含まれる金属元素（例えば、Ｃｕ）が窒化物半導体層１２０に拡散するのを抑制するために設けられている。バリアメタル層１５２は、不活性領域１０２において、窒化物半導体層１２０に接触している。具体的には、バリアメタル層１５２は、第２リセス部１３６の底面であり、かつ、チャネル層１２４の表面の一部である接触面１２０ｂに接触している。

【0092】

バリアメタル層１５２は、Ｔｉ、Ｔａ、ＷおよびＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の元素と、ＮおよびＣの少なくとも一方の元素とによって構成されるＮａＣｌ型構造を有する。例えば、バリアメタル層１５２は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＨｆＮ、ＴｉＣおよびＴａＣからなる群から選択される１つの化合物からなる単層膜であるが、積層膜であってもよい。バリアメタル層１５２の厚さは、例えば５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、一例として２０ｎｍであるが、これに限らない。

【0093】

低抵抗金属層１５４は、バリアメタル層１５２の上方に設けられている。具体的には、低抵抗金属層１５４は、バリアメタル層１５２の上面に接触して設けられている。低抵抗金属層１５４は、バリアメタル層１５２よりも抵抗が低い金属層である。低抵抗金属層１５４を下部電極１５０が含むことにより、下部電極１５０の寄生抵抗を低減することができる。

【0094】

低抵抗金属層１５４は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｔからなる群から選択される少なくとも１種の元素によって構成される面心立方格子（ｆａｃｅ－ｃｅｎｔｅｒｄ ｃｕｂｉｃ：ｆｃｃ）構造を有する。低抵抗金属層１５４は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｔからなる群から選択される１つの元素からなる単層膜であるが、積層膜であってもよい。低抵抗金属層１５４の厚さは、バリアメタル層１５２の厚さよりも大きく、例えば１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、一例として５００ｎｍであるが、これに限らない。

【0095】

絶縁層１６０は、下部電極１５０と上部電極１７０との間に設けられている。絶縁層１６０は、高い誘電率および高い絶縁破壊電界を有する膜を用いて形成されている。例えば、絶縁層１６０は、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＨｆＮ、ＨｆＯおよびＴａ_２Ｏ_５からなる群から選択される１つの化合物からなる単層膜であるが、積層膜であってもよい。絶縁層１６０の厚さは、特に限定されず、キャパシタ２０に要求される容量値や耐圧などに基づいて決定された厚さである。

【0096】

上部電極１７０は、絶縁層１６０の上方に設けられている。上部電極１７０は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｔからなる群から選択される少なくとも１種の元素からなる単層膜であるが、積層膜であってもよい。

【0097】

以上のように、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１では、下部電極１５０が不活性領域１０２に設けられるので、高周波動作時のキャリアの変動の影響を受けにくい。よって、高周波特性に優れたキャパシタ２０を実現することができる。

【0098】

また、キャパシタ２０が備える下部電極１５０は、窒化物半導体層１２０に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む。この結果、下部電極１５０の結晶性が高まり、キャパシタ２０の高周波特性が向上する。以下では、コヒーレント状態およびメタモルフィック状態について説明する。

【0099】

コヒーレント状態とは、層の格子が歪むことにより、層が下地の層の結晶情報を保持している状態である。メタモルフィック状態とは、層の内部に欠陥を導入することにより、層が全体として下地の層の結晶情報を保持している状態である。すなわち、コヒーレント状態およびメタモルフィック状態のいずれにおいても、層（下部電極１５０（バリアメタル層１５２））が下地の層（窒化物半導体層１２０（チャネル層１２４））の結晶情報を保持している状態になる。

【0100】

バリアメタル層１５２および低抵抗金属層１５４がそれぞれ、チャネル層１２４に対して、コヒーレント状態またはメタモルフィック状態である。コヒーレント状態またはメタモルフィック状態にするためには、結晶構造と格子定数とが所定の条件を満たすことが求められる。

【0101】

下地の層であるチャネル層１２４の結晶構造は、図２Ａに示す六方最密（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ－ｐａｃｋｅｄ：ｈｃｐ）構造である。なお、図２Ａは、六方最密（ｈｃｐ）構造の結晶構造を示す図である。図２Ｂは、面心立方格子（ｆｃｃ）構造の結晶構造を示す図である。

【0102】

ｈｃｐ構造に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態になる結晶構造は、ｆｃｃ構造またはＮａＣｌ構造である。本実施の形態では、バリアメタル層１５２がＮａＣｌ構造を有し、低抵抗金属層１５４が図２Ｂに示すｆｃｃ構造を有する。ＮａＣｌ構造は、図２Ｂに示すｆｃｃ構造と実質的に同じとみなすことができる。

【0103】

バリアメタル層１５２の結晶面の１つである（１１１）面は、チャネル層１２４の結晶面の１つである（０００２）面に対して、平行かつ同一方位である。また、低抵抗金属層１５４の結晶面の１つである（１１１）面は、チャネル層１２４の結晶面の１つである（０００２）面に対して、平行かつ同一方位である。バリアメタル層１５２および低抵抗金属層１５４はいずれも、（１１１）面のみに配向している。

【0104】

具体的には、図２Ｂに示す（１１１）面の三角形（ドットの網掛けが付された領域）の頂点および各辺の中点に位置する６つの元素が、図２Ａに示す６つの元素に対応するように、バリアメタル層１５２および低抵抗金属層１５４が形成される。なお、図２Ａでは、（０００２）面の代わりに（０００１）面で６つの元素を表している。この場合において、格子定数が以下の関係を満たしている。

【0105】

バリアメタル層１５２の格子定数は、低抵抗金属層１５４の格子定数より大きく、窒化物半導体層１２０の、下部電極１５０との接触面１２０ｂにおけるａ軸の格子定数の√２倍以下である。すなわち、チャネル層１２４のａ軸の格子定数を“ａ１”とし、バリアメタル層１５２の格子定数を“ａ２”とし、低抵抗金属層１５４の格子定数を“ａ３”とすると、以下の不等式（１）を満たす。

【0106】

（１） ａ１×√２≧ａ２＞ａ３

【0107】

なお、“√２”は、２の平方根（１．４１４２・・・）を表している。

【0108】

このように、窒化物半導体層１２０（チャネル層１２４）のａ軸の格子定数の√２倍を基準として、バリアメタル層１５２、低抵抗金属層１５４の順に格子定数を小さくすることにより、低抵抗金属層１５４での転位の発生を抑制することができる。よって、下部電極１５０の低抵抗化が可能になる。

【0109】

また、低抵抗金属層１５４の格子定数ａ３およびバリアメタル層１５２の格子定数ａ２は、チャネル層１２４の、接触面１２０ｂにおけるａ軸の格子定数ａ１の√２倍の９０％以上であってもよい。すなわち、各層の格子定数は、以下の不等式（２）および（３）をさらに満たしていてもよい。

【0110】

（２） ａ３≧ａ１×√２×０．９
（３） ａ２≧ａ１×√２×０．９

【0111】

つまり、チャネル層１２４の格子定数の√２倍と、バリアメタル層１５２または低抵抗金属層１５４の格子定数との差分は、±１０％以内である。このような関係を満たすことにより、バリアメタル層１５２および低抵抗金属層１５４の各々の結晶性がさらに高くなる。低抵抗金属層１５４に含まれる転位が低減することで、低抵抗金属層１５４のさらなる低抵抗化が実現される。また、下部電極１５０の低抵抗化によって、寄生抵抗成分に起因するロスを低減することができる。また、ヒロックなどの異常成長が抑制されるため、絶縁層１６０のカバレッジの低下および電界集中を抑制することができる。よって、キャパシタ２０の耐圧の低下を抑制することができる。

【0112】

また、本実施の形態では、バリアメタル層１５２が設けられているので、低抵抗金属層１５４とチャネル層１２４との混晶が抑制される。これにより、チャネル層１２４内でのキャリアの生成が抑制されるので、動作時のキャリアの変動の影響をキャパシタ２０が受けにくくなる。よって、キャパシタ２０の高周波特性を向上させることができる。

【0113】

［抵抗素子を備える窒化物半導体装置］
次に、受動素子として抵抗素子を備える窒化物半導体装置について、図１Ｂを用いて説明する。図１Ｂは、受動素子として抵抗素子２１を備える窒化物半導体装置２の断面図である。図１Ｂに示すように、窒化物半導体装置２は、トランジスタ１０と、抵抗素子２１と、を備える。トランジスタ１０は、図１Ａに示した窒化物半導体装置１が備えるトランジスタ１０と同じである。以下では、窒化物半導体装置１との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。

【0114】

図１Ｂに示す抵抗素子２１は、金属層１５５を含む。金属層１５５は、不活性領域１０２で窒化物半導体層１２０に接している。金属層１５５は、窒化物半導体層１２０に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む。金属層１５５は、例えば、バリアメタル層１５２と同じ材料を用いて形成することができる。あるいは、金属層１５５は、低抵抗金属層１５４と同じ材料を用いて形成されてもよい。金属層１５５の厚さ、材料および線幅などを調整することにより、所望の抵抗値を有する抵抗素子２１を形成することができる。

【0115】

窒化物半導体装置２によれば、窒化物半導体装置１の下部電極１５０と同様に、金属層１５５の結晶性が良くなる。このため、金属層１５５のエレクトロマイグレーションに対する耐性が高まる。よって、抵抗素子２１の断線または短絡が抑制されるので、抵抗素子２１の高周波特性を向上させることができる。

【0116】

［インダクタを備える窒化物半導体装置］
次に、受動素子としてインダクタを備える窒化物半導体装置について、図１Ｃを用いて説明する。図１Ｃは、受動素子としてインダクタ２２を備える窒化物半導体装置３の断面図である。図１Ｃに示すように、窒化物半導体装置３は、トランジスタ１０と、インダクタ２２と、を備える。トランジスタ１０は、図１Ａに示した窒化物半導体装置１が備えるトランジスタ１０と同じである。以下では、窒化物半導体装置１との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。

【0117】

図１Ｃに示すインダクタ２２は、金属層１５６を含む。金属層１５６は、不活性領域１０２で窒化物半導体層１２０に接している。金属層１５６は、窒化物半導体層１２０に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む。本実施の形態では、金属層１５６は、バリアメタル層１５２と、低抵抗金属層１５８と、を含む。

【0118】

バリアメタル層１５２は、図１Ａに示した窒化物半導体装置１が備えるバリアメタル層１５２と同じである。低抵抗金属層１５８は、図１Ａに示した窒化物半導体装置１が備える低抵抗金属層１５４とほぼ同じであり、厚さが異なっている。具体的には、低抵抗金属層１５８は、低抵抗金属層１５４に比べて厚さが厚い。例えば、低抵抗金属層１５８の厚さおよび幅はいずれも３μｍ以上である。これにより、金属層１５６をより低抵抗化することができる。

【0119】

インダクタ２２は、不活性領域１０２の接触面１２０ｂ上に一定の長さで延設されている。例えば、インダクタ２２は、平面視で直線状に形成されていてもよく、コイル状に形成されていてもよい。

【0120】

窒化物半導体装置３によれば、窒化物半導体装置１の下部電極１５０と同様に、金属層１５６の結晶性が良くなる。このため、金属層１５６の結晶性が良くなるので、インダクタ２２の寄生抵抗成分を低減することができる。よって、寄生抵抗成分に起因するロスを低減することができる。

【0121】

［変形例］
続いて、実施の形態１の複数の変形例について説明する。以下に示す変形例では、実施の形態１に係る窒化物半導体装置１、２および３との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。

【0122】

＜変形例１＞
図３Ａは、受動素子としてキャパシタ２０を備える本変形例に係る窒化物半導体装置１Ａの断面図である。図３Ａに示すように、窒化物半導体装置１Ａでは、窒化物半導体装置１と比較して、第２リセス部１３６の代わりに第２リセス部１３６Ａが設けられている点が相違する。

【0123】

第２リセス部１３６Ａは、窒化物半導体層１２０を不活化するために設けられている。第２リセス部１３６Ａの底面（接触面１２０ｂ）は、活性領域１０１における窒化物半導体層１２０の最上面１２０ａよりも下方に位置している。本変形例では、第２リセス部１３６Ａは、バリア層１２６を貫通していない。すなわち、不活性領域１０２においても、バリア層１２６が残存しており、窒化物半導体層１２０の最上層である。第２リセス部１３６Ａの底面である接触面１２０ｂは、バリア層１２６の表面である。キャパシタ２０の下部電極１５０は、活性領域１０１の最上面１２０ａよりも低い位置（基板１１０に近い位置）で、不活性領域１０２内においてバリア層１２６と接触している。

【0124】

本変形例では、第２リセス部１３６Ａが設けられることにより、バリア層１２６の不活性領域１０２における厚さは、バリア層１２６の活性領域１０１における厚さよりも小さい。不活性領域１０２におけるバリア層１２６の厚さが小さくなることで、ピエゾ分極が抑制されるので、２ＤＥＧ１２５が発生しない。これにより、実施の形態１と同様に、不活性領域１０２におけるチャネル層１２４のキャリア密度が常温で１×１０^１５ｃｍ^－３よりも小さくなる。よって、実施の形態１と同様に、窒化物半導体装置１Ａの高周波特性を高めることができる。

【0125】

キャパシタ２０の代わりに、抵抗素子２１またはインダクタ２２を備える場合も同様である。図３Ｂは、受動素子として抵抗素子２１を備える本変形例に係る窒化物半導体装置２Ａの断面図である。図３Ｃは、受動素子としてインダクタ２２を備える本変形例に係る窒化物半導体装置３Ａの断面図である。図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、窒化物半導体装置２Ａおよび３Ａではそれぞれ、窒化物半導体装置２および３と比較して、第２リセス部１３６の代わりに第２リセス部１３６Ａが設けられている点が相違する。金属層１５５および１５６はいずれも、活性領域１０１の最上面１２０ａよりも低い位置（基板１１０に近い位置）で、不活性領域１０２内においてバリア層１２６に接触している。これらの抵抗素子２１またはインダクタ２２を備える窒化物半導体装置２Ａおよび３Ａについても、実施の形態１と同様に、高周波特性を高めることができる。

【0126】

＜変形例２＞
図４Ａは、受動素子としてキャパシタ２０を備える本変形例に係る窒化物半導体装置１Ｂの断面図である。図４Ａに示すように、窒化物半導体装置１Ｂでは、窒化物半導体装置１と比較して、第２リセス部１３６の代わりに第２リセス部１３６Ｂが設けられている点が相違する。

【0127】

第２リセス部１３６Ｂは、窒化物半導体層１２０を不活化するために設けられている。第２リセス部１３６Ｂの底面（接触面１２０ｂ）は、活性領域１０１における窒化物半導体層１２０の最上面１２０ａよりも下方に位置している。本変形例では、第２リセス部１３６Ｂは、バリア層１２６およびチャネル層１２４を貫通し、バッファ層１２２に達している。第２リセス部１３６Ｂの底面である接触面１２０ｂは、バッファ層１２２の表面である。不活性領域１０２には、バリア層１２６およびチャネル層１２４が設けられていない。不活性領域１０２では、バッファ層１２２が窒化物半導体層１２０の最上層である。下部電極１５０は、活性領域１０１の最上面１２０ａよりも低い位置（基板１１０に近い位置）で、不活性領域１０２内においてバッファ層１２２と接触している。

【0128】

バッファ層１２２は、アンドープの窒化物半導体層であり、キャリア密度は、常温で１×１０^１５ｃｍ^－３よりも小さくなる。よって、実施の形態１と同様に、窒化物半導体装置１Ｂの高周波特性を高めることができる。

【0129】

キャパシタ２０の代わりに、抵抗素子２１またはインダクタ２２を備える場合も同様である。図４Ｂは、受動素子として抵抗素子２１を備える本変形例に係る窒化物半導体装置２Ｂの断面図である。図４Ｃは、受動素子としてインダクタ２２を備える本変形例に係る窒化物半導体装置３Ｂの断面図である。図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、窒化物半導体装置２Ｂおよび３Ｂではそれぞれ、窒化物半導体装置２および３と比較して、第２リセス部１３６の代わりに第２リセス部１３６Ｂが設けられている点が相違する。金属層１５５および１５６はいずれも、活性領域１０１の最上面１２０ａよりも低い位置（基板１１０に近い位置）で、不活性領域１０２内においてバッファ層１２２に接触している。これらの抵抗素子２１またはインダクタ２２を備える窒化物半導体装置２Ｂおよび３Ｂについても、実施の形態１と同様に、高周波特性を高めることができる。

【0130】

なお、バッファ層１２２には、ＣまたはＦｅがドープされた不純物領域が含まれてもよい。下部電極１５０は、当該不純物領域に接していてもよい。ＣまたはＦｅがドープされた不純物領域は高抵抗化する。このため、動作ばらつきが抑制されるので、キャパシタ２０の高周波特性を向上させることができる。ＣまたはＦｅのドープは、結晶成長時に行われる。このため、イオン注入の場合とは異なり、結晶構造を維持することができる。

【0131】

また、本変形例では、不活性領域１０２内において、バッファ層１２２の一部も除去されているが、バッファ層１２２は除去されていなくてもよい。すなわち、不活性領域１０２内の接触面１２０ｂは、活性領域１０１内におけるチャネル層１２４とバッファ層１２２との界面と同じ高さであってもよい。

【0132】

＜変形例３＞
図５Ａは、受動素子としてキャパシタ２０Ｃを備える本変形例に係る窒化物半導体装置１Ｃの断面図である。図５Ａに示すように、窒化物半導体装置１Ｃでは、窒化物半導体装置１と比較して、キャパシタ２０の代わりにキャパシタ２０Ｃを備える点が相違する。キャパシタ２０Ｃは、キャパシタ２０と比較して、下部電極１５０の代わりに下部電極１５０Ｃを含む。

【0133】

下部電極１５０Ｃは、バリアメタル層１５２と窒化物半導体層１２０との間に設けられた金属下地層１５９を含む。金属下地層１５９は、Ｔｉ、Ｔａ、ＷおよびＨｆからなる群から選択される少なくとも１種の元素によって構成される六方最密（ｈｃｐ）構造を有する。金属下地層１５９の厚さは、例えば２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、一例として１０ｎｍであるが、特に限定されない。

【0134】

金属下地層１５９のａ軸の格子定数の√２倍は、バリアメタル層１５２の格子定数以上であり、窒化物半導体層１２０の、下部電極１５０Ｃとの接触面１２０ｂにおけるａ軸の格子定数の√２倍以下である。例えば、金属下地層１５９のａ軸の格子定数を“ａ”とした場合、以下の不等式（４）を満たす。

【0135】

（４） ａ１×√２≧ａ４×√２≧ａ２

【0136】

金属下地層１５９が設けられることにより、下部電極１５０Ｃの結晶性を維持しながら、バリアメタル層１５２と窒化物半導体層１２０（チャネル層１２４）との密着性を高めることができる。

【0137】

キャパシタ２０の代わりに、抵抗素子またはインダクタを備える場合も同様である。図５Ｂは、受動素子として抵抗素子２１Ｃを備える本変形例に係る窒化物半導体装置２Ｃの断面図である。図５Ｃは、受動素子としてインダクタ２２Ｃを備える本変形例に係る窒化物半導体装置３Ｃの断面図である。

【0138】

図５Ｂに示す窒化物半導体装置２Ｃでは、抵抗素子２１Ｃが金属層１５５Ｃを含む。金属層１５５Ｃは、バリアメタル層１５２とチャネル層１２４との間に設けられた金属下地層１５９を含む。なお、バリアメタル層１５２は、実施の形態１に係る窒化物半導体装置２が備える金属層１５５と同じである。

【0139】

図５Ｃに示す窒化物半導体装置３Ｃでは、インダクタ２２Ｃが金属層１５６Ｃを含む。金属層１５６Ｃでは、バリアメタル層１５２とチャネル層１２４との間に設けられた金属下地層１５９を含む。

【0140】

これらの抵抗素子２１Ｃまたはインダクタ２２Ｃを備える窒化物半導体装置２Ｃおよび３Ｃについても、窒化物半導体装置１Ｃと同様に、金属層１５５Ｃおよび１５６Ｃの結晶性を維持しながら、金属層１５５Ｃおよび１５６Ｃの密着性を高めることができる。

【0141】

［製造方法］
続いて、実施の形態１に係る窒化物半導体装置１の製造方法について説明する。

【0142】

図６は、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法の第１例を示すフローチャートである。図７Ａ～図７Ｆは、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法の第１例に含まれる各工程を説明するための断面図である。

【0143】

図６および図７Ａに示すように、まず基板１１０上に窒化物半導体層１２０を形成する（Ｓ１０）。具体的には、バッファ層１２２、チャネル層１２４およびバリア層１２６をこの順で形成する。各層の形成は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによるエピタキシャル成長によって、窒化物半導体を結晶成長させることによって行われる。バッファ層１２２の形成の際には、ＣまたはＦｅなどの高抵抗化するための不純物がドープされてもよい。

【0144】

次に、図７Ｂに示すように、ソース電極１４０用の第１リセス部１３０およびドレイン電極１４２用の第１リセス部１３２を形成する（Ｓ１１）。例えば、フォトリソグラフィによって所定形状のレジストパターンを形成し、当該レジストパターンを利用したドライエッチングなどによって、所定の範囲内のバリア層１２６とチャネル層１２４の一部とを除去することによって、第１リセス部１３０および１３２を形成する。

【0145】

次に、図７Ｃに示すように、第１リセス部１３０および１３２内にそれぞれ、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２を形成する（Ｓ１２）。例えば、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）蒸着またはスパッタリングなどによって、少なくとも第１リセス部１３０および１３２を覆うように金属膜を形成し、形成した金属膜をエッチングでパターニングすることにより、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２を形成する。

【0146】

次に、図７Ｄに示すように、窒化物半導体層１２０上にゲート電極１４４を形成する（Ｓ１３）。例えば、ＥＢ蒸着またはスパッタリングなどによって、少なくともソース電極１４０とドレイン電極１４２との間の領域を覆うように金属膜を形成し、形成した金属膜をエッチングでパターニングすることにより、ゲート電極１４４を形成する。なお、ゲート電極１４４の形成工程は、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２の形成工程の前に行われてもよい。

【0147】

次に、図７Ｅに示すように、不活化用の第２リセス部１３６を形成する（Ｓ１４）。例えば、フォトリソグラフィによって所定形状のレジストパターンを形成し、当該レジストパターンを利用したドライエッチングなどによって、不活性領域１０２内のバリア層１２６とチャネル層１２４の一部とを除去することによって、第２リセス部１３６を形成する。不活性領域１０２では、バリア層１２６が除去されることによって、チャネル層１２４内の２ＤＥＧ１２５が発生しなくなり、常温でのキャリア密度を１×１０^１５ｃｍ^－３より小さくすることができる。

【0148】

次に、図７Ｆに示すように、不活性領域１０２で窒化物半導体層１２０に接する金属層（具体的には下部電極１５０）を形成する（Ｓ１５）。具体的には、バリアメタル層１５２および低抵抗金属層１５４をこの順で接触面１２０ｂ上に形成する。例えば、ＥＢ蒸着またはスパッタリングなどによって、少なくとも不活性領域１０２内の接触面１２０ｂを覆うように金属膜を形成し、形成した金属膜をエッチングでパターニングすることにより、下部電極１５０を形成する。このとき、窒化物半導体層１２０（チャネル層１２４）に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態になるように下部電極１５０を形成する。具体的には、電極材料の成長速度を遅くする。例えば、スパッタリングの場合には供給するパワーを減らし、ＥＢ蒸着の場合、温度を低くし、あるいは、ターゲットと材料との距離を離す。これにより、電極材料の成長速度を遅くすることができ、窒化物半導体層１２０（チャネル層１２４）に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態になる下部電極１５０を形成することができる。

【0149】

次に、不活性領域１０２内において、金属層（下部電極１５０）上に絶縁層１６０を形成し、形成した絶縁層１６０上に上部電極１７０を形成する（Ｓ１６）。絶縁層１６０は、例えば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｏ）法などによって少なくとも下部電極１５０を覆うように絶縁膜を成膜した後、成膜した絶縁膜の一部をエッチングで除去することにより形成される。上部電極１７０は、ＥＢ蒸着またはスパッタリングなどによって、少なくとも絶縁層１６０を覆うように金属膜を形成し、形成した金属膜をエッチングでパターニングすることにより形成される。

【0150】

以上の工程を経て、図１Ａに示すキャパシタ２０を備える窒化物半導体装置１を製造することができる。

【0151】

なお、絶縁層１６０および上部電極１７０の形成工程（Ｓ１６）を省略することで、インダクタ２２を備える窒化物半導体装置３を製造することができる。また、絶縁層１６０および上部電極１７０の形成工程（Ｓ１６）を省略し、さらに、金属層の形成工程（Ｓ１５）では、低抵抗金属層１５４の形成を省略することにより、抵抗素子２１を備える窒化物半導体装置２を製造することができる。

【0152】

上述した窒化物半導体装置１、２および３の製造方法は、一例にすぎず、工程の順序の変更、工程の内容の変更などが行われてもよい。

【0153】

例えば、第２リセス部１３６の形成工程（Ｓ１４）では、不活性領域１０２内のバリア層１２６の一部のみを除去し、所定の厚さのバリア層１２６を残存させてもよい。これにより、変形例１に係る窒化物半導体装置１Ａ、２Ａまたは３Ａを形成することができる。あるいは、第２リセス部１３６の形成工程では、不活性領域１０２内のチャネル層１２４を完全に除去してもよい。また、不活性領域１０２内のバッファ層１２２の一部を除去してもよい。これにより、変形例２に係る窒化物半導体装置１Ｂ、２Ｂまたは３Ｂを形成することができる。

【0154】

また、第２リセス部１３６の形成は、位置合わせ用のアライメントマークの形成と同時に行われてもよい。アライメントマークの形成は、通常、窒化物半導体層１２０の形成工程（Ｓ１０）と第１リセス部１３０および１３２の形成工程（Ｓ１１）との間に行われる。

【0155】

また、金属層（下部電極１５０）の形成工程（Ｓ１５）では、バリアメタル層１５２を形成する前に、金属下地層１５９を形成してもよい。金属下地層１５９は、例えば、ＥＢ蒸着またはスパッタリングなどによって、少なくとも不活性領域１０２内の接触面１２０ｂを覆うように金属膜を形成し、形成した金属膜をエッチングでパターニングすることにより形成される。これにより、変形例３に係る窒化物半導体装置１Ｃ、２Ｃまたは３Ｃを形成することができる。

【0156】

また、第１リセス部１３０および１３２を形成する工程（Ｓ１１）と第２リセス部１３６を形成する工程（Ｓ１４）とは、同時に行われてもよい。図８は、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法の第２例を示すフローチャートである。図９Ａおよび図９Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法の第２例に含まれる各工程を説明するための断面図である。

【0157】

図８および図９Ａに示すように、窒化物半導体層１２０を形成した後、ソース電極１４０用の第１リセス部１３０およびドレイン電極１４２用の第１リセス部１３２と、不活化用の第２リセス部１３６とを同時に形成する（Ｓ２１）。例えば、フォトリソグラフィによって所定形状のレジストパターンを形成し、当該レジストパターンを利用したドライエッチングなどによって、活性領域１０１における所定の範囲内と不活性領域１０２内との各々のバリア層１２６とチャネル層１２４の一部とを除去することによって、第１リセス部１３０および１３２ならびに第２リセス部１３６を同時に形成する。同時に形成するので、第１リセス部１３０および１３２の各々の底面と、第２リセス部１３６の底面（接触面１２０ｂ）とは、同じ高さに位置している。

【0158】

その後、図９Ｂに示すように、第１リセス部１３０および１３２内にそれぞれ、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２を形成する（Ｓ１２）。以降の処理は、図８に示すように、第２リセス部１３６の形成工程（Ｓ１４）が省略されている点を除いて、図６に示した第１例と同じである。

【0159】

第１リセス部１３０および１３２、ならびに、第２リセス部１３６を同時に形成することで、製造工程を簡略化することにより、製造誤差などが生じる可能性を低くすることができ、歩留まりを高めることができる。

【0160】

また、金属層（下部電極１５０）を形成する工程（Ｓ１５）とゲート電極１４４を形成する工程（Ｓ１３）とは、同時に行われてもよい。図１０は、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法の第３例を示すフローチャートである。

【0161】

図１０に示すように、窒化物半導体層１２０の形成（Ｓ１０）からソース電極１４０およびドレイン電極１４２の形成（Ｓ１２）までの処理は、図８に示す製造方法の第２例と同じである。ソース電極１４０およびドレイン電極１４２を形成した後、ゲート電極１４４と金属層（下部電極１５０）とを同時に形成する（Ｓ３３）。下部電極１５０は、窒化物半導体層１２０（チャネル層１２４）に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態にするため、遅い成長速度で形成される。ゲート電極１４４の形成速度も同じになる。ゲート電極１４４と下部電極１５０とを同時に形成することで、図７Ｆに示す構成が得られる。以降、絶縁層１６０および上部電極１７０を順に形成することで、図１Ａに示す窒化物半導体装置１を製造することができる。

【0162】

ゲート電極１４４と金属層（下部電極１５０）とを同時に形成することで、製造工程を簡略化することにより、製造誤差などが生じる可能性を低くすることができ、歩留まりを高めることができる。

【0163】

（実施の形態２）
続いて、実施の形態２に係る窒化物半導体装置について説明する。実施の形態２では、実施の形態１と比較して、窒化物半導体層の表面を保護するパッシベーション膜が設けられている点が主な相違点である。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。

【0164】

図１１は、本実施の形態に係る窒化物半導体装置２０１の断面図である。図１１に示すように、窒化物半導体装置２０１は、実施の形態１に係る窒化物半導体装置１と比較して、キャパシタ２０の代わりにキャパシタ２２０を備える点と、パッシベーション膜１８０および１８２を備える点とが相違する。

【0165】

パッシベーション膜１８０は、窒化物半導体層１２０の表面を保護するために設けられている。具体的には、パッシベーション膜１８０は、活性領域１０１における窒化物半導体層１２０の最上面１２０ａを覆っている。パッシベーション膜１８０には、活性領域１０１において、ソース電極１４０、ドレイン電極１４２およびゲート電極１４４の各々を設けるための開口が形成されている。ソース電極１４０およびドレイン電極１４２用の開口は、第１リセス部１３０および１３２と平面視で重なる位置に設けられている。また、ゲート電極１４４用の開口には、窒化物半導体層１２０の最上面１２０ａが露出しており、ゲート電極１４４を最上面１２０ａ上に接触して設けることができる。なお、ゲート電極１４４用の開口は設けられていなくてもよく、パッシベーション膜１８０上にゲート電極１４４が設けられていてもよい。この場合、パッシベーション膜１８０をゲート絶縁膜として利用することができる。

【0166】

パッシベーション膜１８２は、トランジスタ１０の表面を保護するために設けられている。具体的には、パッシベーション膜１８２は、活性領域１０１内では、ソース電極１４０、ドレイン電極１４２およびゲート電極１４４、ならびに、パッシベーション膜１８０を覆っている。さらに、パッシベーション膜１８２は、不活性領域１０２内において第２リセス部１３６の内面を覆っている。パッシベーション膜１８２には、不活性領域１０２内において、窒化物半導体層１２０（チャネル層１２４）の上面（接触面１２０ｂ）を露出させるための開口１８３が設けられている。

【0167】

パッシベーション膜１８０および１８２はそれぞれ、絶縁性の材料を用いて形成されている。例えば、パッシベーション膜１８０および１８２はそれぞれ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣなどの単層膜または積層膜であるが、これに限定されない。パッシベーション膜１８０および１８２が設けられていることで、電極間の絶縁性、および、電極と金属層（下部電極１５０）との間の絶縁性を高めることができ、リーク電流を抑制することができる。

【0168】

本実施の形態では、キャパシタ２２０は、下部電極２５０と、絶縁層２６０と、上部電極２７０と、を含む。下部電極２５０は、バリアメタル層２５２と、低抵抗金属層２５４と、を含む。バリアメタル層２５２、低抵抗金属層２５４、絶縁層２６０および上部電極２７０はそれぞれ、実施の形態１に係るバリアメタル層１５２、低抵抗金属層１５４、絶縁層１６０および上部電極１７０に対応しており、各々の形状および配置位置が異なっている。

【0169】

下部電極２５０は、パッシベーション膜１８２に設けられた開口１８３に露出したチャネル層１２４に接する。下部電極２５０（バリアメタル層２５２）の一部は、パッシベーション膜１８２の上面に設けられている。下部電極２５０のｘ軸方向の長さは、開口１８３のｘ軸方向の長さよりも長い。下部電極２５０のうち、平面視においてパッシベーション膜１８２に重なる部分は、コヒーレント状態およびメタモルフィック状態のいずれでもない。本実施の形態に係る下部電極２５０は、平面視において、パッシベーション膜１８２の開口１８３に重なる範囲において、コヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含んでいる。

【0170】

上部電極２７０は、平面視において、開口１８３よりも小さい。平面視において、上部電極２７０は全体が開口１８３内に設けられている。すなわち、上部電極２７０は、下部電極２５０のうち、コヒーレント状態またはメタモルフィック状態になっている部分と平面視で重なる位置に設けられている。つまり、下部電極２５０のうち結晶性が高く、低抵抗な部分と対向する位置に上部電極２７０が設けられており、キャパシタ２２０として機能する。下部電極２５０のうち、平面視で開口１８３に重なる位置ではヒロックなどの異常成長が抑制されるので、絶縁層２６０のカバレッジの低下および電界集中を抑制することができる。これにより、キャパシタ２２０の耐圧の低下を抑制することができる。

【0171】

このように、本実施の形態に係る窒化物半導体装置２０１では、キャパシタ２２０の高周波特性の低下を抑制しながらトランジスタ１０を保護することにより、信頼性を高めることができる。すなわち、本実施の形態によれば、高周波特性に優れた信頼性の高い窒化物半導体装置２０１を実現することができる。

【0172】

なお、パッシベーション膜１８２をキャパシタ２２０の絶縁層２６０として利用することもできる。図１２は、本実施の形態の変形例に係る窒化物半導体装置２０１Ａの断面図である。

【0173】

図１２に示すように、窒化物半導体装置２０１Ａは、実施の形態２に係る窒化物半導体装置２０１と比較して、パッシベーション膜１８２およびキャパシタ２２０の代わりにパッシベーション膜２８２およびキャパシタ２２０Ａを備える点と、素子分離領域１９０が設けられている点とが相違する。また、不活性領域１０２には、第２リセス部１３６の代わりに、第２リセス部２３６が設けられている。

【0174】

キャパシタ２２０Ａは、下部電極２５１と、パッシベーション膜２８２と、上部電極２７０と、を含む。パッシベーション膜２８２の一部が下部電極２５１と上部電極２７０との間に設けられている。

【0175】

下部電極２５１は、下部電極２５０に対応しており、第２リセス部２３６を埋めるように設けられている点が相違する。なお、図示していないが、下部電極２５１は、バリアメタル層と、低抵抗金属層との積層構造を含んでいる。下部電極２５１は、第２リセス部２３６の底面である接触面１２０ｂでチャネル層１２４と接している。これにより、下部電極２５１は、平面視において、第２リセス部２３６の底面（接触面１２０ｂ）に重なる範囲において、コヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含んでいる。

【0176】

図１２に示す例では、下部電極２５１は、第２リセス部２３６の内壁面にも接している。具体的には、下部電極２５１は、バリア層１２６にも接しており、バリア層１２６とチャネル層１２４との界面近傍に生じる２ＤＥＧ１２５に接している。このため、下部電極２５１とトランジスタ１０のチャネルとの電気的な接続を遮断するために、素子分離領域１９０が設けられている。

【0177】

素子分離領域１９０は、例えばＣまたはＦｅなどの窒化物半導体を高抵抗化するための不純物が添加された領域である。素子分離領域１９０は、２ＤＥＧ１２５を遮断するように、少なくともチャネル層１２４に設けられている。例えば、イオン注入により、バリア層１２６の最表面から、チャネル層１２４およびバッファ層１２２にかけて連続するように素子分離領域１９０が設けられている。本変形例では、不活性領域１０２には、素子分離領域１９０も含まれる。言い換えると、トランジスタ１０が設けられる活性領域１０１の２ＤＥＧ１２５とは、素子分離領域１９０によって分離された範囲を不活性領域１０２とみなしている。

【0178】

素子分離領域１９０は、イオン注入によって形成されるので、結晶構造が崩れている。このため仮に、素子分離領域１９０上に下部電極２５１を形成したとしても、下部電極２５１が窒化物半導体層１２０に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態にはならない。本変形例では、第２リセス部２３６を設けることにより、チャネル層１２４の一部を露出させ、チャネル層１２４の露出した面である接触面１２０ｂ上に下部電極２５１が設けられている。これにより、下部電極２５１の結晶性を高めることができ、低抵抗化を実現し、かつ、ヒロックなどの異常成長を抑制することができる。

【0179】

また、本変形例では、パッシベーション膜２８２がキャパシタ２２０Ａの絶縁層として機能している。キャパシタ２２０Ａの専用の絶縁層を形成する場合に比べて、製造工程を簡略化することができる。よって、製造誤差などが生じる可能性を低くすることができ、歩留まりを高めることができる。

【0180】

なお、実施の形態２および変形例では、窒化物半導体装置２０１および２０１Ａが、受動素子としてキャパシタを備える例を示したが、実施の形態１と同様に、抵抗素子またはインダクタを備えてもよい。また、実施の形態１に適用される各変形例についても、窒化物半導体装置２０１および２０１Ａにも適用することができる。

【0181】

（他の実施の形態）
以上、１つまたは複数の態様に係る窒化物半導体装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。

【0182】

また、例えば、不活性領域１０２には、複数の受動素子が設けられてもよい。例えば、不活性領域１０２には、キャパシタ２０、抵抗素子２１およびインダクタ２２からなる群から選択される少なくとも１つの素子が複数設けられていてもよい。複数の受動素子同士は、電気的に接続されていてもよく、電気的には分離していてもよい。同様に、活性領域１０１には、複数の能動素子が設けられていてもよい。

【0183】

また、例えば、第１リセス部１３０および１３２は設けられていなくてもよく、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２はそれぞれ、バリア層１２６の上面に設けられていなくてもよい。すなわち、ソース電極１４０およびドレイン電極１４２は、チャネル層１２４および２ＤＥＧ１２５に接触していなくてもよい。

【0184】

また、例えば、窒化物半導体層１２０は、チャネル層１２４およびバリア層１２６を含んでいなくてもよい。窒化物半導体層１２０は、Ｓｉなどのｎ型の不純物が添加されたＧａＮ、ＩｎＧａＮなどからなる窒化物半導体層であってもよい。つまり、トランジスタ１０は、ＨＥＭＴでなくてもよく、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの他のＦＥＴであってもよい。

【0185】

また、例えば、窒化物半導体層１２０に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態になる金属層は、ソース電極１４０またはドレイン電極１４２と同じ工程で形成されてもよい。

【0186】

また、上記の各実施の形態は、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0187】

本開示に係る窒化物半導体装置は、例えば、高出力もしくは高周波用途の電力増幅器、当該電力増幅器が用いられる無線通信基地局もしくは端末機器、または、マイクロ波を利用した電力伝送を行うワイヤレス給電装置などに利用することができる。

【符号の説明】

【0188】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、２０１、２０１Ａ 窒化物半導体装置
１０ トランジスタ
２０、２０Ｃ、２２０、２２０Ａ キャパシタ
２１、２１Ｃ 抵抗素子
２２、２２Ｃ インダクタ
１０１ 活性領域
１０２ 不活性領域
１１０ 基板
１２０ 窒化物半導体層
１２０ａ 最上面
１２０ｂ 接触面
１２２ バッファ層
１２４ チャネル層
１２５ ２ＤＥＧ
１２６ バリア層
１３０、１３２ 第１リセス部
１３６、１３６Ａ、１３６Ｂ、２３６ 第２リセス部
１４０ ソース電極
１４２ ドレイン電極
１４４ ゲート電極
１５０、１５０Ｃ、２５０、２５１ 下部電極
１５２、２５２ バリアメタル層
１５４、１５８、２５４ 低抵抗金属層
１５５、１５５Ｃ、１５６、１５６Ｃ 金属層
１５９ 金属下地層
１６０、２６０ 絶縁層
１７０、２７０ 上部電極
１８０、１８２、２８２ パッシベーション膜
１８３ 開口
１９０ 素子分離領域

【要約】

窒化物半導体装置（１）は、能動素子（１０）と受動素子（２０）とを備える窒化物半導体装置であって、平面視で活性領域（１０１）と不活性領域（１０２）とに区分される窒化物半導体層（１２０）と、不活性領域（１０２）で窒化物半導体層（１２０）に接する金属層（１５０）と、を備える。能動素子（１０）は、活性領域（１０１）に設けられ、受動素子（２０）は、不活性領域（１０２）に設けられる。金属層（１５０）は、窒化物半導体層（１２０）に対してコヒーレント状態またはメタモルフィック状態を含む。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図7E】

【図7F】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】