JP7165328B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
(半導体装置1の構造)
図1の要部断面図に示されるように、半導体装置1は、横型のMOSFETである。半導体装置1は、半導体基板10、窒化物半導体20、ドレイン電極32、ソース電極34、及び、絶縁ゲート40を備えている。
図2~図4を参照して、半導体装置1の製造方法について説明する。図2のフローチャートのステップS1において、窒化物半導体形成工程が行われる。具体的には、GaNの単結晶基板である半導体基板10を用意し、周知の有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を用いて、半導体基板10上に、2~4μm程度の窒化物半導体20を成長させる。
一般的に、MOSFET等の半導体装置では、ゲート閾値電圧の再現性が高く、かつ、ゲート絶縁膜42の誘電率が高いことが望ましい。ゲート閾値電圧の再現性は、窒化物半導体20とゲート絶縁膜42の界面近傍における価電子帯VBと伝導体CBとの間の禁制帯FB中の欠陥準位DLに依存する。禁制帯FB中に欠陥準位DLが存在すると、電子、ホールが捕獲され得る。このため、禁制帯FB中に欠陥準位DLが存在すると、ゲート絶縁膜42に帯電が生じ、この結果、ゲート閾値電圧の変動が引き起こされる。従って、ゲート電圧の再現性を高めるためには、禁制帯FB中における欠陥準位DLを低減する必要がある。また、ゲート絶縁膜の誘電率が小さい程、一定のゲート電圧に対して、反転層の濃度が低下し、チャネル抵抗が増加する。従って、一定のゲート電圧に対するチャネル抵抗を低減させるためには、ゲート絶縁膜の誘電率を高くする必要がある。
図8に、第2実施例の半導体装置201の要部断面図を模式的に示す。半導体装置201は、縦型のMOSFETであり、トレンチゲート型である。半導体装置201は、半導体基板210、窒化物半導体220、シリコン酸化膜からなる絶縁膜228、ドレイン電極232、ソース電極234、及び、絶縁ゲート240を備える。半導体基板210は、GaNの単結晶基板である。窒化物半導体220は、n-型のドリフト領域222と、p型のボディ領域224と、n+型のソース領域226と、を備える。
図9に第3実施例の半導体装置301の要部断面図を模式的に示す。半導体装置301は、縦型のMOSFETであり、プレーナゲート型である。半導体装置301は、半導体基板310、窒化物半導体320、シリコン酸化膜からなる絶縁膜328、ドレイン電極332、ソース電極334、及び、絶縁ゲート340を備える。半導体基板310は、GaNの単結晶基板である。
図10に、第4実施例の半導体装置401の要部断面図を模式的に示す。半導体装置401は、HEMT(High Electron Mobility Transistor)であり、ノーマリオン型である。半導体装置401は、半導体基板410、窒化物半導体420、シリコン酸化膜からなる絶縁膜426、ドレイン電極432、ソース電極434、及び、絶縁ゲート440を備えている。半導体基板410は、Siの単結晶基板である。窒化物半導体420は、超格子(AlN/GaN)又は窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるバッファ層421、アンドープのGaNからなる電子走行層422、AlGaNからなる電子供給層424が積層している構造を備える。窒化物半導体420の表面には、ドレイン電極432及びソース電極434が配置されている。ドレイン電極432、ソース電極434は、絶縁膜426によって絶縁されている。
図11に、第5実施例の半導体装置501の要部断面図を模式的に示す。半導体装置501は、HEMTであり、ノーマリオフ型である。第5実施例の半導体基板510、窒化物半導体520(バッファ層521、電子走行層522、電子供給層524)、ドレイン電極532、ソース電極534は、それぞれ、第4実施例の半導体基板410、窒化物半導体420(バッファ層421、電子走行層422、電子供給層424)、ドレイン電極432、ソース電極434と同様の構造を有する。
図12に、第6実施例の半導体装置601の要部断面図を模式的に示す。半導体装置601は、横型のMOSFETの一実施形態である。半導体装置601は、半導体基板610、窒化物半導体620、シリコン酸化膜からなる絶縁膜628、ドレイン電極632、ソース電極634、及び、絶縁ゲート640を備える。
Claims (5)
- 窒化物半導体上に設けられたゲート絶縁膜を有する半導体装置であって、
前記ゲート絶縁膜は、
前記窒化物半導体上に設けられており、酸化アルミニウムと酸化シリコンとを含む第1のゲート絶縁層と、
前記第1のゲート絶縁層上に設けられている第2のゲート絶縁層であって、酸化アルミニウムと酸化シリコンとを含み、前記第2のゲート絶縁層におけるシリコン原子とアルミニウム原子の総和におけるシリコン原子の割合である第2の混合比が、前記第1のゲート絶縁層におけるシリコン原子とアルミニウム原子の総和におけるシリコン原子の割合である第1の混合比よりも小さい、前記第2のゲート絶縁層と、
を備える、半導体装置。 - 前記第1の混合比は、20%以上である、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1のゲート絶縁層と前記第2のゲート絶縁層が積層されている方向における前記第1のゲート絶縁層の厚みは、5nm以上である、請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記第2の混合比は、13%以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 半導体装置の製造方法であって、
窒化物半導体上に、酸化アルミニウムと酸化シリコンとを含む第1のゲート絶縁層を成膜する工程と、
前記第1のゲート絶縁層上に、第2のゲート絶縁層であって、酸化アルミニウムと酸化シリコンとを含み、前記第2のゲート絶縁層におけるシリコン原子とアルミニウム原子の総和におけるシリコン原子の割合である第2の混合比が、前記第1のゲート絶縁層におけるシリコン原子とアルミニウム原子の総和におけるシリコン原子の割合である第1の混合比よりも小さい、前記第2のゲート絶縁層を成膜する工程と、
前記窒化物半導体上に積層されている前記第1のゲート絶縁層と前記第2のゲート絶縁層とを熱処理する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。
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