JP2009267155A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物系半導体機能層に生成される二次元キャリアガスチャネルにおいてキャリア密度及び電界をキャリア走行方向に変調する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置（ＨＥＭＴ）１において、第１の窒化物系半導体領域２１上にヘテロ接合により配設された第２の窒化物系半導体領域２２を有し、第１の窒化物系半導体領域２１のヘテロ接合近傍に二次元キャリアガスチャネル２３を有する窒化物系半導体機能層２と、第２の窒化物系半導体領域２２上に互いに離間して配設された第１の主電極３及び第２の主電極４と、第２の窒化物系半導体領域２２上に配設され、第１の主電極３と第２の主電極と４の間において第２の窒化物系半導体領域２２の複数箇所にそれぞれ異なる応力を与えるパッシベーション膜１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に窒化物系半導体機能層を有する半導体装置に関する。

ガリウムナイトライド（ＧａＮ）系化合物半導体を用いた電子デバイスとして、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high electron mobility transistor）が知られている。ＨＥＭＴは、高い電子（キャリア）の移動度を有し、高周波特性に優れている。

ＨＥＭＴは、ＧａＮ層とこのＧａＮ層上にヘテロ接合によって積層されたアルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌＧａＮ）層とを有する窒化物系半導体機能層に構成され、ＡｌＧａＮ層上にはソース電極及びドレイン電極とゲート電極とを有する。ＧａＮ層のヘテロ接合近傍には高移動度の電子が走行する２次元電子ガス（２ＤＥＧ：two-dimensional electron gas）チャネル（２次元電子ガス層）が生成される。このような構造を有するＨＥＭＴにおいては、自発分極や格子不整合を用いたピエゾ電界により高いキャリア密度を実現することができる。

なお、ＨＥＭＴに関しては例えば下記特許文献１に記載されている。
特開２００３−３７１１８号公報

しかしながら、前述のＨＥＭＴにおいては、電極間の２次元電子ガスチャネル中の高いキャリア密度や電界をチャネル方向すなわちキャリア走行方向に変調する点については配慮されていなかった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、窒化物系半導体機能層に生成される電極間のキャリア走行領域又は二次元キャリアガスチャネルにおいてキャリア密度及び電界をキャリア走行方向に変調することができる半導体装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、半導体装置において、第１の窒化物系半導体領域上にヘテロ接合により配設された第２の窒化物系半導体領域を有し、第１の窒化物系半導体領域のヘテロ接合近傍に二次元キャリアガスチャネルを有する窒化物系半導体機能層と、第２の窒化物系半導体領域上に互いに離間して配設された第１の主電極及び第２の主電極と、第２の窒化物系半導体領域上に配設され、第１の主電極と第２の主電極との間において第２の窒化物系半導体領域の複数箇所にそれぞれ異なる応力を与えるパッシベーション膜とを備える。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、半導体装置において、第１の窒化物系半導体領域上にヘテロ接合により配設された第２の窒化物系半導体領域を有し、第１の窒化物系半導体領域のヘテロ接合近傍に二次元キャリアガスチャネルを有する窒化物系半導体機能層と、第２の窒化物系半導体領域上に互いに離間して配設された第１の主電極及び第２の主電極と、第１の主電極と第２の主電極との間において第２の窒化物系半導体領域の複数箇所に接触して配設され、異なる応力を有するパッシベーション膜とを備える。

本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、半導体装置において、第１の窒化物系半導体領域上にヘテロ接合により配設された第２の窒化物系半導体領域を有し、第１の窒化物系半導体領域のヘテロ接合近傍に二次元キャリアガスチャネルを有する窒化物系半導体機能層と、第２の窒化物系半導体領域上に互いに離間して配設されたソース電極、ゲート電極及びドレイン電極と、ドレイン電極とゲート電極との間において第２の窒化物系半導体領域に接触して配設された第１のパッシベーション膜と、ソース電極とゲート電極との間において第２の窒化物系半導体領域に接触して配設され、第１のパッシベーション膜と異なる応力を有する第２のパッシベーション膜とを備える。

第３の特徴に係る半導体装置において、第１のパッシベーション膜はシリコン酸化膜であり、第２のパッシベーション膜はシリコン窒化膜であることが好ましい。また、第３の特徴に係る半導体装置において、第１のパッシベーション膜はシリコン窒化膜であり、第２のパッシベーション膜はシリコン酸化膜であることが好ましい。

本発明によれば、窒化物系半導体機能層に生成される電極間のキャリア走行領域又は二次元キャリアガスチャネルのキャリア密度及び電界をキャリア走行方向に変調することができる半導体装置を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

また、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、半導体装置としてＨＥＭＴに本発明を適用し、このＨＥＭＴの電流コラプスの発生を減少した例を説明するものである。

［ＨＥＭＴの構成］
図１に示すように、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ（半導体装置）１は、キャリア通過領域として機能する第１の窒化物系半導体領域２１上にヘテロ接合により配設されたキャリア発生領域として機能する第２の窒化物系半導体領域（バリア領域）２２を有し、第１の窒化物系半導体領域２１のヘテロ接合近傍に二次元キャリアガスチャネル（二次元電子ガス層）２３を有する窒化物系半導体機能層２と、窒化物系半導体機能層２上に互いに離間されて配設された第１の主電極３及び第２の主電極４と、第２の窒化物系半導体領域２２上に配設され、第１の主電極３と第２の主電極４との間において二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア走行方向の複数箇所にそれぞれ異なる応力を与える複数の材料のパッシベーション膜１０とを備える。第１の実施の形態において、第１の主電極３はソース電極として使用され、第２の主電極４はドレイン電極として使用される。更に、ＨＥＭＴ１は、窒化物系半導体機能層２上の第１の主電極（ソース電極）３と第２の主電極（ドレイン電極）４との間にゲート電極５を備える。

窒化物系半導体機能層２は、図示しないが、シリコン基板、炭化シリコン基板、サファイア基板等の基板上に直接的に又は窒化物系半導体機能層２の結晶性の整合のためにバッファ層を介して間接的に形成されている。窒化物系半導体機能層２はIII族窒化物系半導体材料により構成されている。代表的なIII族窒化物系半導体はＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）により表される。第１の実施の形態において、窒化物系半導体機能層２の第１の窒化物系半導体領域２１はＧａＮ層により構成されている。第２の窒化物系半導体領域２２は、第１の窒化物系半導体領域２１よりも格子定数が小さく及びバンドギャップが大きく、引張応力が生じるように形成されたＡｌＧａＮ層により構成されている。

第１の実施の形態において、第１の窒化物系半導体領域２１の膜厚は、第１の主電極３直下に相当する部分から第２の主電極４直下に相当する部分までほぼ同じ厚み、例えば０．５μｍ−１０．０μｍに設定され、ここではＧａＮ層は例えば２．５μｍ−３．５μｍの膜厚を使用している。第２の窒化物系半導体領域２２のＡｌＧａＮ層の膜厚は、第１の主電極３直下に相当する部分から第２の主電極４直下に相当する部分までほぼ同じ厚み、例えば５．０ｎｍ−１００．０ｎｍに設定されている。窒化物系半導体機能層２において、第１の窒化物系半導体領域２１と第２の窒化物系半導体領域２２とのヘテロ接合界面近傍であって第１の窒化物系半導体領域２１側に第１の窒化物系半導体領域２１及び第２の窒化物系半導体領域２２の自発分極並びにピエゾ分極に基づく二次元キャリアガスチャネル２３が生成される。この二次元キャリアガスチャネル２３はＨＥＭＴ１において高移動度を有する電子（キャリア）のチャネル領域として機能する。

第１の主電極３及び第２の主電極４は二次元キャリアガスチャネル２３にそれぞれ電気的に接続されている。第１の実施の形態において、第１の主電極３及び第２の主電極４は、例えば１０ｎｍ−５０ｎｍの膜厚を有するチタン（Ｔｉ）層と、このＴｉ層上に積層され１００ｎｍ−１０００ｎｍの膜厚を有するアルミニウム（Ａｌ）層との積層膜により構成されている。

ゲート電極５は、第２の窒化物系半導体領域２１の表面にショットキー接合により接続されている。ゲート電極５は、例えば１００ｎｍ−５００ｎｍの膜厚を有するニッケル（Ｎｉ）層と、このＮｉ層上に積層され０．１μｍ−１．０μｍの膜厚を有する金（Ａｕ）層との積層膜により構成されている。

パッシベーション膜１０は、パッシベーション膜１０と接触している窒化物系半導体機能層２の部分上の第１の主電極３と第２の主電極４との間、例えば第１の実施の形態において、第２の窒化物系半導体領域２２と接触しかつ第１の主電極３とゲート電極５との間に圧縮応力を有するシリコン酸化膜（第２の絶縁体１０Ｂ）と、第２の窒化物系半導体領域２２と接触しかつ第２の主電極４とゲート電極５との間に引張応力を有するシリコン窒化膜（第１の絶縁体１０Ａ）とを有する。図１に示すように、第２の窒化物系半導体領域２２の表面上の第１の主電極３とゲート電極５との間において第１の主電極３側に配設され圧縮応力を有する第２の絶縁体１０Ｂと、ゲート電極５側に配設され第１の絶縁体１０Ａと第２の絶縁体１０Ｂとの間の応力を有するシリコンオキシナイトライド膜（第３の絶縁体１０Ｃ）としてもよい。なお、第３の絶縁体１０Ｃは、第２の窒化物系半導体領域２２の表面上の第２の主電極４とゲート電極５との間のゲート電極５側にも設けてもよい。

第１の絶縁体１０Ａは、その直下の第２の窒化物系半導体領域２２に第１の絶縁体１０Ａ自身が有する引張応力と反対の圧縮性の歪みを与え、第２の窒化物系半導体領域２２に自発分極並びにピエゾ分極の電界強度を弱める方向に変調させ、二次元キャリアガスチャネル２３において電子（キャリア）を減少させ、抵抗値（ΔＲｓ）を増加させる。

第２の絶縁体１０Ｂは、その直下の第２の窒化物系半導体領域２２に第２の絶縁体１０Ｂ自身が有する圧縮応力と反対の伸張性の歪みを与え、自発分極並びにピエゾ分極の電界強度を強める方向に変調させ、二次元キャリアガスチャネル２３において電子を増加させ、抵抗値（ΔＲｓ）を減少させる。

第３の絶縁体１０Ｃは、その直下の第２の窒化物系半導体領域２２に第３の絶縁体１０Ｃ自身が有する応力と反対の歪みを与える。つまり、第１の絶縁体１０Ａにより与える圧縮応力と第２の絶縁体１０Ｂにより与える引張応力との間の応力を第２の窒化物系半導体領域２２に与え、第２の窒化物系半導体領域２２の自発分極並びにピエゾ分極の電界強度を第１の絶縁体１０Ａに相応する部分と第２の絶縁体１０Ｂに相応する部分との間の状態にし、二次元キャリアガスチャネル２３をこれらの間のレベルとする。第１乃至第３の絶縁体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの有する応力の大きさ及び膜厚は、所望する電界強度の変調によるが、例えば層間絶縁膜の厚みよりも厚い数十ｎｍ−数百ｎｍに設定される。

従って、第１の主電極３から第２の主電極４間において複数の異なる応力を有するパッシベーション膜１０自身の有する応力によって、第２の窒化物系半導体領域２２の歪みの状態が影響を受け、電界強度が変化し、二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア密度が変化する。

図２に示すように、第１の実施の形態において、パッシベーション膜１０に伴う電界強度Ｅは、第１の絶縁体１０Ａに対応する二次元キャリアガスチャネル２３の領域よりも、第２の絶縁体１０Ｂに対応する二次元キャリアガスチャネル２３の領域において高くなる。すなわち、電流の流れる第２の主電極４から第１の主電極３に向かう電界方向ＥＤとは逆に、第２の主電極４から第１の主電極３に向かって段階的にパッシベーション膜１０に伴う電界強度Ｅを減少する（変調する）ことができる。従って、ＨＥＭＴ１においては、第２の絶縁体１０Ｂにより第２の主電極（ドレイン電極）４の近傍のホットエレクトロンの発生を減少することができ、第１の絶縁体１０Ａにより第１の主電極３と第２の主電極４間の抵抗値を比較的低くできるので、オン抵抗を比較的低くかつ電流コラプスの発生を抑制することができる。

更に、ＨＥＭＴ１においては、従来のＨＥＭＴに比べてゲート電極５の第２の主電極４側の端部に発生する電界強度Ｅを第１の主電極３側に発生する電界強度Ｅに比べて減少することができるので、破壊耐圧を向上することができる。

［ＨＥＭＴの製造方法］
次に、前述のＨＥＭＴ１の製造方法について、図３乃至図６を使用し、簡単に説明する。

まず、第１の窒化物系半導体領域２１上に、第１の窒化物系半導体領域２１よりも格子定数が小さく、バンドギャップが大きく、引張応力が生じる第２の窒化物系半導体領域２２をヘテロ接合により積層した窒化物系半導体機能層２が形成される（図３参照。）。図３に示すように、第２の窒化物系半導体領域２２の表面上の全域に圧縮応力を持つような条件において第２の絶縁体１０Ｂが形成される。第２の絶縁体１０Ｂには、例えばプラズマ化学気相成長（ＰＥ−ＣＶＤ）法により圧縮応力を膜が有するように成膜されたシリコン酸化膜が使用される。

次に、ＨＥＭＴ１の第２の主電極４とゲート電極５との間に相当する領域において、第２の絶縁体１０Ｂの一部がパターンニングにより除去され、第２の窒化物系半導体領域２２の表面の一部が露出される（図４参照。）。パターンニングにはフォトリソグラフィ技術により形成されたマスクが使用され、このマスクから露出する第２の絶縁体１０Ｂがエッチングされる。図４に示すように、第２の絶縁体１０Ｂが除去された領域、すなわち第２の主電極４とゲート電極５との間に相当する窒化物系半導体機能層２の表面上に引張応力を持つような条件において第１の絶縁体１０Ａが形成される。第１の絶縁体１０Ａには例えばプラズマ化学気相成長法により引張応力を持つような条件において成膜されたシリコン窒化膜が使用され、このシリコン窒化膜は成膜後にパターンニングされる。パターンニングは、前述の第２の絶縁体１０Ｂと同様に、フォトリソグラフィ技術により形成されたマスクを使用したエッチングにより行う。また、パターンニングにケミカルメカニカルエッチング（ＣＭＰ）法、エッチングバック法等を使用することによって、第２の絶縁体１０Ｂの第２の主電極４とゲート電極５との間に相当する領域に第１の絶縁体１０Ａを埋設することができ、かつ第１の絶縁体１０Ａの表面の高さを第２の絶縁体１０Ｂの表面の高さと一致させることができる。

次に、ＨＥＭＴ１の第１の主電極３とゲート電極５との間のゲート電極５側に相当する領域において、第２の絶縁体１０Ｂの一部がパターンニングにより除去され、窒化物系半導体機能層２の表面の一部が露出される（図５参照。）。パターンニングにはフォトリソグラフィ技術により形成されたマスクが使用され、このマスクから露出する第２の絶縁体１０Ｂがエッチングされる。図５に示すように、第２の絶縁体１０Ｂが除去された領域、すなわち第１の主電極３とゲート電極５との間に相当する窒化物系半導体機能層２の表面上に、第１の絶縁体１０Ａと第２の絶縁体１０Ｂとの間の応力を持つ条件において、第３の絶縁体１０Ｃが形成される。第３の絶縁体１０Ｃには例えばプラズマ化学気相成長法により第１の絶縁体１０Ａと第２の絶縁体１０Ｂとの間の応力を持つ条件において成膜されたシリコンオキシナイトライド膜が使用され、このシリコンオキシナイトライド膜は成膜後にパターンニングされる。パターンニングは、前述の第２の絶縁体１０Ｂと同様に、フォトリソグラフィ技術により形成されたマスクを使用したエッチングにより行う。また、パターンニングにケミカルメカニカルエッチング法、エッチングバック法等を使用することによって、第２の絶縁体１０Ｂの第１の主電極４とゲート電極５との間に相当する領域に第３の絶縁体１０Ｃを埋設することができ、かつ第３の絶縁体１０Ｃの表面の高さを第１の絶縁体１０Ａの表面の高さ及び第２の絶縁体１０Ｂの表面の高さと一致させることができる。

次に、図６に示すように、第１の絶縁体１０Ａ及び第２の絶縁体１０Ｂの所定箇所がエッチングされ、窒化物系半導体機能層２上に第１の主電極３及び第２の主電極４が形成される。そして、前述の図１に示すように、第１−第３の絶縁体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの所定箇所がエッチングされ、窒化物系半導体機能層２上にゲート電極５が形成される。これら一連の製造工程が完了すると、ＨＥＭＴ１を完成させることができる。

［第１の実施の形態の特徴］
以上説明したように、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、窒化物系半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＨＥＭＴ１においては、第２の絶縁体１０Ｂにより第２の主電極４の近傍におけるホットエレクトロンの発生を減少することができ、第１の絶縁膜１０Ａによりオン抵抗を比較的低くすることができるので、オン抵抗を比較的低くかつ電流コラプスの発生を抑制することができる。また、ＨＥＭＴ１においては、従来のＨＥＭＴに比べて、ゲート電極５の第２の主電極４側の端部の電界強度Ｅを低くすることができるので、破壊耐圧を向上することができる。

更に、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、パッシベーション膜１０よりも硬い第２の窒化物系半導体領域２２の厚みを制御する加工を行うことなく、又第２の窒化物系半導体領域２２の組成を制御することなく、非常に加工及び制御し易いパッシベーション膜１０の製造プロセスにおいて、パッシベーション膜１０自体の応力を制御することができるので、デバイス構造並びに製造方法が簡易である。

［第１の変形例］
第１の実施の形態の第１の変形例並びにこの後に説明する第２の変形例及び第３の変形例は、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１のパッシベーション膜１０の構成を変えた例を説明するものである。

第１の変形例に係るＨＥＭＴ１は、図７に示すように、第２の窒化物系半導体領域２２上の第１の主電極３とゲート電極５との間に配設された圧縮応力を有する第２の絶縁体１０Ｂ（単層膜）と、第２の窒化物系半導体領域２２上の第２の主電極４とゲート電極５との間に配設された第２の絶縁体１０Ｂと、第２の絶縁体１０Ｂの少なくとも一部上に積層された引張応力を有する第１の絶縁体１０Ａとにより構成されたパッシベーション膜１０を備えている。ここで、ＨＥＭＴ１の第１の主電極３とゲート電極５との間において、第２の窒化物系半導体領域２２には第２の絶縁体１０Ｂによって引張応力が与えられ、二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア密度は高くなり、電界強度Ｅは高くなる。一方、第２の主電極４とゲート電極５との間において、第２の窒化物系半導体領域２２には、第２の絶縁体１０Ｂと第１の絶縁体１０Ａが積層された部分に相当する部分は第２の絶縁体１０Ｂのみより緩和した応力が与えられ、二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア密度は低くなり、電界強度Ｅは低くなる。

パッシベーション膜１０の製造プロセスは、第２の絶縁体１０Ｂ、第１の絶縁体１０Ａのそれぞれを順次積層し、上層の第１の絶縁体１０Ａを第２の主電極４とゲート電極５との間の所定箇所に残すようにパターンニングするだけである。従って、パッシベーション膜１０によって二次元キャリアガスチャネル２３及び電界強度Ｅを容易に制御することができる。

このように構成される第１の実施の形態の第１の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１により得られる作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

［第２の変形例］
第２の変形例に係るＨＥＭＴ１は、図８に示すように、第２の窒化物系半導体領域２２上の第１の主電極３とゲート電極５との間の膜厚が厚く、第２の窒化物系半導体領域２２上の第２の主電極４とゲート電極５との間の膜厚が薄いテーパ（傾斜）表面を有する第２の絶縁体１０Ｂにより構成されたパッシベーション膜１０を備えている。第２の絶縁体１０Ｂは、第１の絶縁体１０Ａとしてその膜厚を第１の主電極３からゲート電極５間を薄く、第２の主電極４とゲート電極５との間を厚くしてもよい。

電流が流れる第２の主電極４から第１の主電極３に向かう電界方向ＥＤとは逆に、第２の主電極４から第１の主電極３に向かってパッシベーション膜１０に伴う電界強度Ｅを減少する（変調する）ことができる。つまり、このように構成される第１の実施の形態の第２の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１により得られる作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

［第３の変形例］
第３の変形例に係るＨＥＭＴ１は、図９に示すように、第２の窒化物系半導体領域２２上の第１の主電極３とゲート電極５との間の膜厚が第２の主電極４とゲート電極５との間の膜厚より薄く、テーパを有する第２の絶縁体１０Ｂと、第２の窒化物系半導体領域２２上の第１の主電極３とゲート電極５との間の膜厚が第２の主電極４とゲート電極５との間の膜厚より厚く、テーパを有する第２の絶縁体１０Ｂとを重ね合わせた積層膜により構成されたパッシベーション膜１０を備えている。

ＨＥＭＴ１の第１の主電極３とゲート電極５との間において、第２の窒化物系半導体領域２２には、パッシベーション膜１０の膜厚が厚い第２の絶縁体１０Ｂが支配的に応力を与え、一方、第２の主電極４とゲート電極５との間において、第２の窒化物系半導体領域２２には、膜厚が厚い第１の絶縁体１０Ａが支配的に応力を与え、第１の主電極３とゲート電極５との間に比べて第２の主電極４とゲート電極５との間の二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア密度は低くなり、パッシベーション１０に伴う電界強度Ｅは低くなる。

このように構成される第１の実施の形態の第３の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１により得られる作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、半導体装置としてＨＥＭＴに本発明を適用し、このＨＥＭＴのキャリア速度の動作速度の高速化を実現した例を説明するものである。

［ＨＥＭＴの構成］
図１０に示すように、第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ（半導体装置）１は、基本的な構造は第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様であるが、第２の窒化物系半導体領域２２上の第１の主電極３と第２の主電極４との間に配設したパッシベーション膜１０の組み合わせが逆になるようにパッシベーション膜１０を備えている。第２の実施の形態において、パッシベーション膜１０は、第２の窒化物系半導体領域２２の表面上の第２の主電極４とゲート電極５との間に圧縮応力を有する第２の絶縁体１０Ｂと、第２の窒化物系半導体領域２２の表面上の第１の主電極３とゲート電極５との間において第１の主電極３側に配設され引張応力を有する第１の絶縁体１０Ａと、第２の窒化物系半導体領域２２の表面上の第１の主電極３とゲート電極５との間においてゲート電極５側に配設され第２の窒化物系半導体領域２２にこれらの間の応力を有する第３の絶縁体１０Ｃとを備えている。パッシベーション膜１０の第１の絶縁体１０Ａ、第２の絶縁体１０Ｂ、第３の絶縁体１０Ｃのそれぞれの材料例は、前述の第１の実施の形態に係るパッシベーション膜１０のそれぞれと同様である。

なお、第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ１は、前述の第１の実施の形態の第１の変形例乃至第３の変形例に係るＨＥＭＴ１と同様にパッシベーション膜１０の構成を変えることができる。

図１１に示すように、パッシベーション膜１０に伴う電界強度Ｅは、引張応力を有する第１の絶縁体１０Ａに対応する二次元キャリアガスチャネル２３の領域において低くなり、第２の絶縁体１０Ｂに対応する二次元キャリアガスチャネル２３の領域において高くなる。すなわち、電流が流れる第２の主電極４から第１の主電極３に向かう電界方向ＥＤとは逆に、段階的に電界強度Ｅを増加する（変調する）ことができる。そして、二次元キャリアガスチャネル２３の電子（キャリア）は第１の絶縁体１０Ａに対応する領域において少なく、第２の絶縁体１０Ｂに対応する領域において高くなる。第１の主電極３とゲート電極５間に比べて第２の主電極４とゲート電極５間が長いので、ＨＥＭＴ１においては、第１の絶縁体１０Ａのみをパッシベーション膜１０として使用している場合に比べて低いオン抵抗を実現することができる。

なお、第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法は前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法と同様であるので、ここでの説明は重複するので省略する。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、半導体装置としてショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）に本発明を適用し、このＳＢＤの耐圧を向上した例を説明するものである。

［ＳＢＤの構成］
図１２に示すように、第３の実施の形態に係るＳＢＤ（半導体装置）１１は、キャリア通過領域として機能する第１の窒化物系半導体領域２１上にヘテロ接合により配設されたキャリア発生領域として機能する第２の窒化物系半導体領域２２を有し、第１の窒化物系半導体領域２１のヘテロ接合近傍に二次元キャリアガスチャネル２３を有する窒化物系半導体機能層２と、窒化物系半導体機能層２上に互いに離間されて配設された第１の主電極３及び第２の主電極４と、第２の窒化物系半導体領域２２上に配設され、第２の窒化物系半導体領域２２の第１の主電極３と第２の主電極４との間において二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア走行方向の複数箇所にそれぞれ異なる応力を与えるパッシベーション膜１０とを備える。第３の実施の形態において、第１の主電極３は二次元キャリアガスチャネル２３にオーミック接続するカソード電極として使用され、第２の主電極４は二次元キャリアガスチャネル２３にショットキー接続するアノード電極として使用される。

窒化物系半導体機能層２は、ここでは前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の窒化物系半導体機能層２と同様に構成されている。

ＳＢＤ１１においては、ＳＢＤ１１に逆バイアスを印加したとき、ショットキー接続となる第２の主電極４側に電界が集中し易い。従って、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様に、パッシベーション膜１０は、第２の窒化物系半導体領域２２上の第２の主電極４側に自身が引張応力を有するように配設された第１の絶縁体１０Ａと、第２の窒化物系半導体領域２２上の第１の主電極３側に自身が圧縮応力を有するように配設された第２の絶縁体１０Ｂと、第２の窒化物系半導体領域２２上の第１の絶縁体１０Ａと第２の絶縁体１０Ｂとの間に配設された第３の絶縁体１０Ｃとを備える。そして、第１の絶縁体１０Ａによって第２の窒化物系半導体領域２２の第２の主電極４側には反作用により圧縮応力を生じ、それに伴って二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア密度を低下させ、第１の絶縁体１０Ａに伴う電界強度Ｅを減少することができる。また、第２の絶縁体１０Ｂによって第２の窒化物系半導体領域２２の第１の主電極３側はその反作用により引張応力が生じ、それに伴って二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア密度が増加し、第２の絶縁体１０Ｂに伴う電界起用度Ｅが増加する。

なお、第３の実施の形態に係るＳＢＤ１１に備えたパッシベーション膜１０の構造は、前述の第１の実施の形態の第１の変形例乃至第３の変形例に係るＨＥＭＴ１のパッシベーション膜１０と同様の構成に変えてもよい。

［第３の実施の形態の特徴］
以上説明したように、第３の実施の形態に係るＳＢＤ１１においては、窒化物系半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２３のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＳＢＤ１１においては、第２の絶縁体１０Ｂにより第２の主電極４の近傍におけるホットエレクトロンの発生を減少することができ、オン抵抗を比較的低くすることができるので、オン抵抗を比較的低くかつ電流コラプスの発生を抑制することができる。また、ＳＢＤ１１においては、従来のＳＢＤに比べて、第２の主電極４側の端部の電界強度Ｅを低くすることができるので、破壊耐圧を向上することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は複数の実施の形態によって記載されているが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術に適用することができる。

例えば、本発明は、前述の実施の形態に係るパッシベーション膜１０において、第３の絶縁体１０Ｃを省略してもよい。また、ゲート電極５はショットキーではなく、本発明はＭＩＳゲート構造としてもよい。また、本発明は、第１の主電極３及び第２の主電極４の少なくとも一方の第１の窒化物系半導体領域２１と接触するように第２の窒化物系半導体領域２２を削り、そこに第１の主電極３、第２の主電極４の少なくとも一方を形成してもよい。

また、本発明は、第１の主電極３、第２の主電極４、ゲート電極５の少なくともいずれか１つにフィールドプレート構造を備えてもよい。必ずしもこの場合だけに限るものではないが、本発明においては、各電極とフィールドプレートとの間の層間絶縁膜若しくはその一部としてパッシベーション膜１０を機能させてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。 図１に示す半導体装置の電界分布状態を説明する模式的断面図である。 図１に示す半導体装置の製造方法を説明する第１の工程断面図である。 第２の工程断面図である。 第３の工程断面図である。 第４の工程断面図である。 第１の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。 第１の実施の形態の第２の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。 第１の実施の形態の第３の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。 図１０に示す半導体装置の電界分布状態を説明する模式的断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。

符号の説明

１…半導体装置（ＨＥＭＴ）
２…窒化物系半導体機能層
２１…第１の窒化物系半導体領域（キャリア通過領域）
２２…第２の窒化物系半導体領域（キャリア発生領域）
２３…二次元キャリアガスチャネル
３…第１の主電極（ソース電極又はアノード電極）
４…第２の主電極（ドレイン電極又はカソード電極）
５…ゲート電極
１０…パッシベーション膜
１０Ａ…第１の絶縁体
１０Ｂ…第２の絶縁体
１０Ｃ…第３の絶縁体
１１…半導体装置（ＳＢＤ）

Claims (5)

1. 第１の窒化物系半導体領域上にヘテロ接合により配設された第２の窒化物系半導体領域を有し、前記第１の窒化物系半導体領域の前記ヘテロ接合近傍に二次元キャリアガスチャネルを有する窒化物系半導体機能層と、
   前記第２の窒化物系半導体領域上に互いに離間して配設された第１の主電極及び第２の主電極と、
   前記第２の窒化物系半導体領域上に配設され、前記第１の主電極と前記第２の主電極との間において前記第２の窒化物系半導体領域の複数箇所にそれぞれ異なる応力を与えるパッシベーション膜と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 第１の窒化物系半導体領域上にヘテロ接合により配設された第２の窒化物系半導体領域を有し、前記第１の窒化物系半導体領域の前記ヘテロ接合近傍に二次元キャリアガスチャネルを有する窒化物系半導体機能層と、
   前記第２の窒化物系半導体領域上に互いに離間して配設された第１の主電極及び第２の主電極と、
   前記第１の主電極と前記第２の主電極との間において前記第２の窒化物系半導体領域の複数箇所に接触して配設され、異なる応力を有するパッシベーション膜と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置。
3. 第１の窒化物系半導体領域上にヘテロ接合により配設された第２の窒化物系半導体領域を有し、前記第１の窒化物系半導体領域の前記ヘテロ接合近傍に二次元キャリアガスチャネルを有する窒化物系半導体機能層と、
   前記第２の窒化物系半導体領域上に互いに離間して配設されたソース電極、ゲート電極及びドレイン電極と、
   前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間において前記第２の窒化物系半導体領域に接触して配設された第１のパッシベーション膜と、
   前記ソース電極と前記ゲート電極との間において前記第２の窒化物系半導体領域に接触して配設され、前記第１のパッシベーション膜と異なる応力を有する第２のパッシベーション膜と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置。
4. 前記第１のパッシベーション膜はシリコン酸化膜であり、前記第２のパッシベーション膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記第１のパッシベーション膜はシリコン窒化膜であり、前記第２のパッシベーション膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。

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