(57)【要約】【課題】リーク電流を抑制した半導体装置を提供すること。【解決手段】窒化物半導体からなる電子走行層と、前記電子走行層上に形成され、前記電子走行層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体からなる電子供給層と、前記電子供給層上の一部に形成され、前記電子供給層よりバンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体からなるフィールドプレート層と、前記電子供給層および前記フィールドプレート層と接するように形成され、前記電子供給層および前記フィールドプレート層とショットキー接触する金属からなる下部電極層と、前記下部電極層を覆うように形成され、前記下部電極層を形成する金属よりも仕事関数の小さい金属からなる上部電極層と、を有する電極と、を備え、前記電子供給層および前記フィールドプレート層と前記上部電極層とが離間している半導体装置。【選択図】図１
2014160761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体からなる電子走行層と、
前記電子走行層上に形成され、前記電子走行層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体からなる電子供給層と、
前記電子供給層上の一部に形成され、前記電子供給層よりバンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体からなるフィールドプレート層と、
前記電子供給層および前記フィールドプレート層と接するように形成され、前記電子供給層および前記フィールドプレート層とショットキー接触する金属からなる下部電極層と、
前記下部電極層を覆うように形成され、前記下部電極層を形成する金属よりも仕事関数の小さい金属からなる上部電極層と、を有する電極と、
を備え、
前記電子供給層および前記フィールドプレート層と前記上部電極層とが離間していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記上部電極層全体が前記下部電極層上の領域に形成され、前記フィールドプレート層と前記上部電極層との間に前記下部電極層が介在することによって、前記フィールドプレート層と前記上部電極層とが離間していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記フィールドプレート層と前記上部電極層との間に絶縁膜が形成され、該絶縁膜によって前記フィールドプレート層と前記上部電極層とが離間していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記下部電極層および前記上部電極層は、リフトオフ法によって形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁膜が、前記フィールドプレート層よりも絶縁破壊電界強度が大きいことを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁膜が、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘを含むこと特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記絶縁膜が、積層した２種類以上の膜からなることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記絶縁膜が、少なくとも一つ以上の階段部を有し、前記電極は前記階段部のうち少なくとも一つ以上の階段部に乗り上げていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記下部電極層がＮｉからなり、前記上部電極層がＴｉまたはＡｌからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記電極はアノード電極であり、前記電子供給層に接するように形成されたカソード電極を備え、ダイオードであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記電極は、ゲート電極であり、前記電子供給層に接するように形成され、前記ゲート電極を挟むように形成されたソース電極とドレイン電極とを備え、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）層を電流経路とした半導体装置において、電子走行層がＧａＮからなり、電子供給層がＡｌＧａＮからなる半導体積層部上に、ＧａＮからなるフィールドプレート層が形成され、電子供給層とフィールドプレート層とに接するように電極が形成された半導体装置が提案されている。（例えば特許文献１参照）。２ＤＥＧ層を電流経路とする半導体装置においては、電極端部における電界集中により、素子の耐圧が低くなり、信頼性が損なわれるという問題がある。そのため、フィールドプレート層を形成し、フィールドプレート層下部の２ＤＥＧ層の電子ガスを希薄にすることによって、電極端部における電界集中を緩和させている。
【０００３】
図１８は、従来技術に係る半導体装置の断面を表す模式図である。図１８に示す窒化物半導体装置１０００は、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）であって、半導体積層部１００１とショットキー接触するアノード電極１００３と、半導体積層部１００１とオーミック接触するカソード電極１００４を備える。さらに、アノード電極１００３は、下部電極層１００３ａと上部電極層１００３ｂとによって構成される。下部電極層１００３ａは、半導体積層部１００１およびフィールドプレート層１００２とショットキー接触し、下部電極層１００３ａ上に形成された上部電極層１００３ｂは、配線電極との接合をよくするために形成される（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３０４０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−５４８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように下部電極層１００３ａの上部に上部電極層１００３ｂを形成すると、上部電極層１００３ｂがフィールドプレート層１００２と接触し、該接触部から大きなリーク電流が生じてしまうということが、本発明者らによって明らかとなった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リーク電流を抑制した半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、窒化物半導体からなる電子走行層と、前記電子走行層上に形成され、前記電子走行層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体からなる電子供給層と、前記電子供給層上の一部に形成され、前記電子供給層よりバンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体からなるフィールドプレート層と、前記電子供給層および前記フィールドプレート層と接するように形成され、前記電子供給層および前記フィールドプレート層とショットキー接触する金属からなる下部電極層と、前記下部電極層を覆うように形成され、前記下部電極層を形成する金属よりも仕事関数の小さい金属からなる上部電極層と、を有する電極と、を備え、前記電子供給層および前記フィールドプレート層と前記上部電極層とが離間していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記上部電極層全体が前記下部電極層上の領域に形成され、前記フィールドプレート層と前記上部電極層との間に前記下部電極層が介在することによって、前記フィールドプレート層と前記上部電極層とが離間していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記フィールドプレート層と前記上部電極層との間に絶縁膜が形成され、該絶縁膜によって前記フィールドプレート層と前記上部電極層とが離間していることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記下部電極層および前記上部電極層は、リフトオフ法によって形成されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記絶縁膜が、前記フィールドプレート層よりも絶縁破壊電界強度が大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記絶縁膜が、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘを含むこと特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記絶縁膜が、積層した２種類以上の膜からなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記絶縁膜が、少なくとも一つ以上の階段部を有し、前記電極は前期階段部のうち少なくとも一つ以上の階段部に乗り上げていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記下部電極層がＮｉからなり、前記上部電極層がＴｉまたはＡｌからなることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記電極はアノード電極であり、前記電子供給層に接するように形成されたカソード電極を備え、ダイオードであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記電極は、ゲート電極であり、前記電子供給層に接するように形成され、前記ゲート電極を挟むように形成されたソース電極とドレイン電極とを備え、電界効果トランジスタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、リーク電流を抑制した半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面を表す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置における半導体積層部の断面を表す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面を表す模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の断面を表す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の断面を表す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置の断面を表す模式図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置の断面を表す模式図である。
【図１８】図１８は、従来技術に係る半導体装置の断面を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体装置の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、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。
【００２１】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る半導体装置について、従来技術に係る窒化物半導体装置１０００と対比しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面を表す模式図である。図１に示すとおり、窒化物半導体装置１００は、従来技術に係る窒化物半導体装置１０００と同様に、ＳＢＤであって、半導体積層部１０１とショットキー接触するアノード電極１０３と、半導体積層部１０１とオーミック接触するカソード電極１０４を備える。さらに、アノード電極１０３は、下部電極層１０３ａと上部電極層１０３ｂとによって構成される。下部電極層１０３ａは、半導体積層部１０１およびフィールドプレート層１０２とショットキー接触し、下部電極層１０３ａ上に形成された上部電極層１０３ｂは、配線電極との接合をよくするために形成される。一方、本窒化物半導体装置１００は、従来技術に係る窒化物半導体装置１０００と異なり、２層からなる絶縁膜１０５によって、フィールドプレート層１０２と上部電極層１０３ｂとが離間している。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００の構造について説明する。はじめに、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００を構成する半導体積層部１０１について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置における半導体積層部の断面を表す模式図である。半導体積層部１０１は、シリコン（Ｓｉ）からなる基板１１の上に、バッファ層１２として、ＡｌＮ層とＧａＮ層とが交互に複数層積層されている。ただし、基板はＳｉに限らず、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＮ等であってもよい。
【００２３】
さらに、バッファ層１２上に、ＧａＮからなる電子走行層１３と、ＡｌＧａＮからなる電子供給層１４とが順次積層されている。電子供給層１４を構成するＡｌＧａＮはＡｌＮとＧａＮの混晶であり、電子走行層１３を構成するＧａＮよりバンドギャップエネルギーが大きく、その構成比によってバンドギャップや自発分極、ピエゾ分極の特性が変化する。電子供給層１４は、例えばＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎの単層である。ただし、電子供給層１４はＡｌＧａＮ単層に限らず、ＡｌＮ層とＧａＮ層を複数層交互に積層させた疑似混晶層であってもよい。その場合は、疑似混晶層を厚さ方向で平均した時のバンドギャップエネルギーが電子走行層より大きければ良い。また、疑似混晶層中に２ＤＥＧが発生しない程度にＡｌＮ層とＧａＮ層の厚さを調整してもよい。
【００２４】
電子走行層１３の電子供給層１４との界面には、電子供給層１４のＡｌ組成比と厚さとを制御することによってその濃度が制御された２ＤＥＧ層１３ａが形成されている。この２ＤＥＧ層１３ａが電子を流す電流経路となる。この２ＤＥＧ層１３ａは、電子の不純物散乱が小さいため、高移動度で低抵抗の電気伝導層となり、電子供給層１４上に形成された電極間の電流経路を提供する。これによって、半導体積層部１０１が構成される。なお、後に説明する各実施の形態に係る半導体積層部２０１、３０１、４０１、５０１、６０１および従来技術に係る半導体積層部１００１は、半導体積層部１０１と同一の構造であるから説明を省略する。
【００２５】
次に、半導体積層部１０１上の一部に、半導体積層部１０１の最表部である電子供給層１４よりもバンドギャップエネルギーが小さい、例えば、電子供給層１４よりＡｌ組成比の低いＡｌＧａＮやＧａＮ等からなるフィールドプレート層１０２が形成されている。さらに、ＳＢＤを構成するため、電子供給層１４およびフィールドプレート層１０２とショットキー接触するアノード電極１０３と、電子供給層１４とオーミック接触するカソード電極１０４とが形成されている。ここで、アノード電極１０３は、電子供給層１４およびフィールドプレート層１０２とショットキー接触する、例えば、Ｎｉからなる下部電極層１０３ａと、配線電極と接合のよい、例えば、ＴｉまたはＡｌからなる上部電極層１０３ｂとによって構成される。
【００２６】
ここで、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００と、従来技術に係る窒化物半導体装置１０００とを比較すると、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００には、絶縁膜１０５が形成されている。絶縁膜１０５は、例えば、ＳｉＯ２からなり、図１に示すような階段部を有していてもよい。このような階段部には、電極端に発生する電界集中を分散させる効果がある。この絶縁膜１０５によって、フィールドプレート層１０２と上部電極層１０３ｂとが離間している。また、絶縁膜１０５はＳｉＯ２に限らず、ＳｉＮｘとしても良い。
【００２７】
また、上記実施の形態において、ＳｉＯ２と記載しているものは、一般的な呼称としてＳｉＯ２と呼ばれるものの集合を指す。つまり、例えば、ＰＣＶＤでＳｉＯ２を形成する際に窒素が一部混入するなどしたＳｉＯＮなども含む。
【００２８】
つぎに、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００の動作について、従来技術に係る窒化物半導体装置１０００の動作と対比しながら説明する。まず、従来技術に係る窒化物半導体装置１０００のアノード電極１００３とカソード電極１００４とに電圧をかけると、アノード電極１００３からカソード電極１００４に向かう正方向の電圧に対しては電流が流れる。一方、逆方向の電圧に対して、ＳＢＤである窒化物半導体装置１０００は、アノード電極１００３のショットキー障壁により、電流が流れないことが望ましい。しかしながら、図１８に示すとおり、窒化物半導体装置１０００は、上部電極層１００３ｂとフィールドプレート層１００２とが接している。このため、上部電極層１００３ｂを形成する金属の仕事関数が、下部電極層１００３ａを形成する金属の仕事関数より小さい場合、逆方向の電圧がかかるとフィールドプレート層１００２から、下部電極層１００３ａよりもショットキー障壁が小さい上部電極層１００３ｂを経由して電流が流れ、大きなリーク電流が発生してしまう。
【００２９】
一方、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００においては、絶縁膜１０５が形成されているため、上部電極層１０３ｂとフィールドプレート層１０２とが離間している。したがって、フィールドプレート層１０２から上部電極層１０３ｂへと流れるリーク電流は発生しない。これにより、リーク電流を抑制した半導体装置を実現することができる。
【００３０】
リーク電流は、例えばダイオードにおいて、整流作用に直接影響を与えるため、実用上極めて重要なパラメータである。このようなリーク電流の発生は、これまで全く明らかにされておらず、本発明者らの研究によって新たに明らかとなり、さらに、本発明によって解決する手段が提示された。
【００３１】
さらに、このような半導体装置においては、上述したとおり、アノード電極の電極端部で電界集中が発生し、耐圧が低下することから半導体装置の信頼性が損なわれるという問題が指摘されている。そのため、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００は、フィールドプレート層１０２を形成し、フィールドプレート層１０２下部の２ＤＥＧ層の電子ガスを希薄にすることによって、電極端部の電界集中を緩和させる構造としている。さらに、絶縁膜１０５に階段部を設けることによって、電界集中を分散させている。
【００３２】
ここで、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００において、フィールドプレート層１０２を構成するＧａＮの絶縁破壊電界強度は、３．３ＭＶ／ｃｍ程度であるのに対し、絶縁膜１０５を構成するＳｉＯ２の絶縁破壊電界強度は、９ＭＶ／ｃｍ程度である。したがって、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００において、電界集中の起こりやすいアノード電極１０３の端部が、絶縁破壊電界強度の大きいＳｉＯ２と接している。これによって、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００は、リーク電流を抑制しただけでなく、耐圧も改善された信頼性の高い半導体装置を実現している。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００は、リーク電流を抑制し、さらに、信頼性の高い半導体装置である。
【００３４】
次に、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００の製造方法について説明する。図３〜１２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。はじめに、図３に示すとおり、半導体積層部１０１を準備する。半導体積層部１０１は、支持基板としてＳｉからなる基板１１上にＡｌＮ層とＧａＮ層とを交互に複数層成膜することで、膜厚が例えば２μｍ程度のバッファ層１２を形成する。続いて、バッファ層１２上に、ＧａＮからなる電子走行層１３を膜厚が例えば１μｍ程度となるように形成する。なお、バッファ層１２中の各薄膜および電子走行層１３の成膜には、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いることができる。ただし、これに限定されず、例えばハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）など、種々の成膜方法を用いてよい。
【００３５】
つぎに、電子走行層１３に、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ膜を成膜することで、膜厚が例えば２５ｎｍ程度のＡｌＧａＮからなる電子供給層１４を形成する。電子供給層１４の成膜には、電子走行層１３と同様に、ＭＯＣＶＤ法の他、例えばＨＶＰＥ法やＭＢＥ法などの種々の成膜方法を用いることができる。ただし、本実施の形態では、膜中の炭素（Ｃ）濃度が２×１０１７ｃｍ−３程度以上、例えば２．５×１０１７ｃｍ−３程度となるように電子供給層１４を形成する。アクセプタとしてＣを含む電子供給層１４は、例えばＭＯＣＶＤ法を用いる場合、有機金属元素に含まれるＣによるオートドーピングにより形成することができる。
【００３６】
以上のように基板１１上に、バッファ層１２を挟んで電子走行層１３と電子供給層１４とからなる半導体積層部１０１を形成する。さらに、図４に示すとおり、フォトレジストをエッチングマスクとして用いるフォトリソグラフィ工程によって、半導体積層部１０１上の一部にＧａＮからなるフィールドプレート層１０２を形成する。
【００３７】
ここで、リフトオフ法によってカソード電極１０４を形成する。はじめに、図５に示すとおり、カソード電極１０４を形成すべき領域以外の領域にレジストＲを形成する。その後、図６に示すとおり、カソード電極１０４となる金属として、Ｔｉ及びＡｌをこの順に蒸着させる。ここで、レジストＲを除去すると、図７に示すとおり、カソード電極１０４が形成される。
【００３８】
次に、図８に示すとおり、フォトレジストをエッチングマスクとして用いるフォトリソグラフィ工程によって、絶縁膜１０５を形成する。さらに、絶縁膜１０５は電界集中を緩和するために、階段部を有することが好ましく、図９に示すとおり、２層からなる絶縁膜１０５には階段部が形成される。
【００３９】
次に、アノード電極１０３を形成する。まず、アノード電極１０３を形成するために、図１０に示すとおり、アノード電極１０３を形成すべき領域以外の領域にレジストＲを形成する。その後、図１１に示すとおり、アノード電極１０３の下部電極層１０３ａとなる金属として、Ｎｉを蒸着させる。このとき、レジストＲの影となる部分には、金属が蒸着されない領域が形成される。さらに、上部電極層１０３ｂとなる金属としてＡｌを蒸着させる。すると、下部電極層１０３ａが、形成されなかった領域に上部電極層１０３ｂが、覆いかぶさるように形成される。このとき、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００においては、図１２に示すとおり、上部電極層１０３ｂの端部と絶縁膜１０５とが接触している。一方、絶縁膜を有しない従来技術に係る窒化物半導体装置１０００においては、上部電極層１００３ｂの端部とフィールドプレート層１００２が接触することとなり、この接触部からリーク電流が生じてしまう。このように、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００は、リーク電流を抑制している。さらに、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００は、アノード電極１０３の端部が、絶縁破壊電界強度の高いＳｉＯ２と接していることによって、耐圧が高く、信頼性の高い半導体装置を実現している。
【００４０】
以上のように、本実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００が製造され、リーク電流が抑制され、さらに、信頼性も高い半導体装置が実現される。
【００４１】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置２００について説明する。図１３は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面を表す模式図である。図１３に示すとおり、本実施の形態２に係る窒化物半導体装置２００は、ＳＢＤであって、半導体積層部２０１上に、アノード電極２０３およびカソード電極２０４が形成されている。アノード電極２０３は、下部電極層２０３ａと上部電極層２０３ｂとからなる。また、電界集中を緩和させるため、フィールドプレート層２０２および絶縁膜２０５が形成されている。ここで、絶縁膜２０５は、ＳｉＮｘからなる絶縁膜２０５ａとＳｉＯ２からなる絶縁膜２０５ｂとの２層からなる。これによって、本実施の形態２に係る窒化物半導体装置２００は、フィールドプレート層２０２と上部電極層２０３ｂとが離間し、リーク電流を抑制した半導体装置を実現している。この場合、半導体層上にＳｉＮｘからなる絶縁膜２０５ａが形成されていることで、界面準位の密度が小さくなり、コラプスを低く抑えられるという効果が得られる。
【００４２】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３に係る窒化物半導体装置３００について説明する。図１４は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の断面を表す模式図である。図１４に示すとおり、本実施の形態３に係る窒化物半導体装置３００は、ＳＢＤであって、半導体積層部３０１上に、アノード電極３０３およびカソード電極３０４が形成されている。アノード電極３０３は、下部電極層３０３ａと上部電極層３０３ｂとからなる。また、電界集中を緩和させるため、フィールドプレート層３０２および絶縁膜３０５が形成されている。ここで、絶縁膜３０５は、実施の形態２とは逆に、ＳｉＯ２からなる絶縁膜３０５ａとＳｉＮｘからなる絶縁膜３０５ｂとの２層からなる。これによって、本実施の形態３に係る窒化物半導体装置３００は、フィールドプレート層３０２と上部電極層３０３ｂとが離間し、リーク電流を抑制した半導体装置を実現している。
【００４３】
以上、実施の形態２および実施の形態３のように、絶縁膜は２種類以上の組成の異なる層によって形成されていてもよい。これによって、リーク電流を抑制しただけでなく、電界集中が発生しやすい領域に、より絶縁破壊電界強度が高い材料を用い、高耐圧で信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００４４】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４に係る窒化物半導体装置４００について説明する。図１５は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の断面を表す図である。図１５に示すとおり、本実施の形態４に係る窒化物半導体装置４００は、ＳＢＤであって、半導体積層部４０１上に、アノード電極４０３およびカソード電極４０４が形成されている。アノード電極４０３は、下部電極層４０３ａと上部電極層４０３ｂとからなる。また、電界集中を緩和させるため、フィールドプレート層４０２が形成されている。ここで、窒化物半導体装置４００は、絶縁膜を有さないが、上部電極層４０３ｂ全体が下部電極層４０３ａ上の領域に形成されている。このとき、フィールドプレート層４０２と上部電極層４０３ｂとの間には、必ず下部電極層４０３ａが介在する。すなわち、フィールドプレート層４０２と上部電極層４０３ｂとが離間している。これによって、本実施の形態４に係る窒化物半導体装置４００は、フィールドプレート層４０２と上部電極層４０３ｂとが離間し、リーク電流を抑制した半導体装置を実現している。このように、絶縁膜によらず、構造的にフィールドプレート層と上部電極層とを離間することによってもリーク電流を抑制することができる。
【００４５】
次に、本実施の形態４に係る窒化物半導体装置４００の製造方法について説明する。半導体積層部４０１を準備し、その上にフィールドプレート層４０２を積層するまでは、図３〜４に示した実施の形態１に係る窒化物半導体装置１００の製造方法と同一である。ここで、リフトオフ法を用いて電極を形成すると、実施の形態１の製造方法で説明したように、上部電極層とフィールドプレート層とが接触してしまう。そこで、例えば、ドライエッチングによって、本実施の形態４に係る窒化物半導体装置４００を実現することができる。はじめに、半導体積層部４０１および半導体積層部４０１上に形成されたフィールドプレート層４０２の上に、アノード電極４０３の下部電極層４０３ａとなる、例えば、Ｎｉを一様に蒸着する。次に、下部電極層４０３ａを形成すべき領域をマスクで覆い、それ以外の領域のＮｉをドライエッチングによって除去する。さらに、その上に、アノード電極４０３の上部電極層４０３ｂおよびカソード電極４０４となる、例えば、ＴｉまたはＡｌを一様に蒸着する。そして、上部電極層４０３ｂを形成すべき領域をマスクで覆い、それ以外の領域のＴｉまたはＡｌをドライエッチングによって除去する。これによって、本実施の形態４に係る窒化物半導体装置４００が実現される。
【００４６】
（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５に係る窒化物半導体装置５００について説明する。図１６は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置の断面を表す模式図である。図１６に示すとおり、本実施の形態５に係る窒化物半導体装置５００は、ＳＢＤであって、半導体積層部５０１上に、アノード電極５０３およびカソード電極５０４が形成されている。アノード電極５０３は、下部電極層５０３ａと上部電極層５０３ｂとからなる。また、電界集中を緩和させるため、フィールドプレート層５０２および絶縁膜５０５が形成されている。ここで、ＳｉＯ２からなる絶縁膜５０５によって、フィールドプレート層５０２と上部電極層５０３ｂとが離間し、かつ、上部電極層５０３ｂ全体が下部電極層５０３ａ上の領域に形成されている。これによって、本実施の形態５に係る窒化物半導体装置５００は、フィールドプレート層５０２と上部電極層５０３ｂとが離間し、リーク電流を抑制した半導体装置を実現している。このように、実施の形態１と実施の形態４の構成を兼ね備えた構造によっても、リーク電流を抑制するという本発明の効果を発揮することができる。
また絶縁膜５０５は、３層からなり階段部が２段形成されている。このように、電界集中をより分散させるため、階段部を複数形成しても良い。
【００４７】
（実施の形態６）
次に本発明の実施の形態６に係る窒化物半導体装置６００について説明する。図１７は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置の断面を表す模式図である。図１７に示すとおり、本実施の形態６に係る窒化物半導体装置６００は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。半導体積層部６０１上に、下部電極層６０３ａと上部電極層６０３ｂとの２層からなるゲート電極６０３ｇが形成されている。ゲート電極６０３ｇの上部電極層６０３ｂは、ＳｉＯ２からなり、２層からなる絶縁膜６０５によって、フィールドプレート層６０２と離間されている。また、ゲート電極６０３ｇを挟むように、ソース電極６０４ｓとドレイン電極６０４ｄとが形成されている。これによって、本実施の形態６に係る窒化物半導体装置６００は、フィールドプレート層６０２と上部電極層６０３ｂとが離間し、リーク電流を抑制したＨＥＭＴである半導体装置を実現している。さらに、ゲート電極６０３ｇの端部が、絶縁破壊電界強度の高いＳｉＯ２と接していることによって、高耐圧で信頼性の高い半導体装置を実現している。
【００４８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、リーク電流を抑制した半導体装置を提供することができる。
【００４９】
なお、ダイオードのアノード電極およびトランジスタのゲート電極の下部電極層は、半導体積層部の最表部およびフィールドプレート層とショットキー接触する電極であり、例えばＮｉで形成される。ただし、本発明はこれに限定されず、例えばニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１つを含む金属膜、または、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｌのうち少なくとも１つを含む合金よりなる金属膜のうち、少なくとも１つを含む金属膜など、上記条件を満たす金属材料であれば如何なるものを用いてもよい。
【００５０】
また、ダイオードのアノード電極およびトランジスタのゲート電極の上部電極層は、下部電極層より仕事関数の小さい金属からなり、例えばＴｉやＡｌである。ただし、本発明ではこれに限定されず、例えばチタニウム（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１つを含む金属膜、Ｔｉ、Ａｌのうち少なくとも１つを含む合金よりなる金属膜、または、Ｔｉ、Ａｌのうち少なくとも１つを含むシリサイド合金よりなる金属膜のうち、少なくとも１つを含む金属膜など、上記条件を満たす金属材料であれば如何なるものを用いてもよい。
【００５１】
また、ダイオードのカソード電極およびトランジスタのソース電極およびドレイン電極は、半導体積層部の最表部とオーミック接触する、または、接触抵抗が十分に小さい状態で接触する電極であり、例えばＡｌである。ただし、本発明ではこれに限定されず、例えばチタニウム（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、鉛（Ｐｂ）、クロム（Ｃｒ）、インジウム（Ｉｎ）、タンタル（Ｔａ）のうち少なくとも１つを含む金属膜、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｔａのうち少なくとも１つを含む合金よりなる金属膜、または、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａのうち少なくとも１つを含むシリサイド合金よりなる金属膜のうち、少なくとも１つを含む金属膜など、上記条件を満たす金属材料であれば如何なるものを用いてもよい。
【００５２】
また、上記実施の形態では、本発明による半導体装置として、ＳＢＤおよびＨＥＭＴを例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、ＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＦＥＴ）などの、種々の半導体装置に対して本発明を適用することが可能である。
【００５３】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１１  基板
１２  バッファ層
１３  電子走行層
１３ａ  ２ＤＥＧ層
１４  電子供給層
１００、２００、３００、４００、５００、６００、１０００  窒化物半導体装置
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、１００１  半導体積層部
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、１００２  フィールドプレート層
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、１００３  アノード電極
１０３ａ、２０３ａ、３０３ａ、４０３ａ、５０３ａ、６０３ａ、１００３ａ  下部電極層
１０３ｂ、２０３ｂ、３０３ｂ、４０３ｂ、５０３ｂ、６０３ｂ、１００３ｂ  上部電極層
６０３ｇ  ゲート電極
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、１００４  カソード電極
６０４ｄ  ドレイン電極
６０４ｓ  ソース電極
１０５、２０５、２０５ａ、２０５ｂ、３０５、３０５ａ、３０５ｂ、５０５、６０５  絶縁膜
Ｒ  レジスト
【図１】
2014160761.tif 000003
【図２】
2014160761.tif 000004
【図３】
2014160761.tif 000005
【図４】
2014160761.tif 000006
【図５】
2014160761.tif 000007
【図６】
2014160761.tif 000008
【図７】
2014160761.tif 000009
【図８】
2014160761.tif 000010
【図９】
2014160761.tif 000011
【図１０】
2014160761.tif 000012
【図１１】
2014160761.tif 000013
【図１２】
2014160761.tif 000014
【図１３】
2014160761.tif 000015
【図１４】
2014160761.tif 000016
【図１５】
2014160761.tif 000017
【図１６】
2014160761.tif 000018
【図１７】
2014160761.tif 000019
【図１８】
2014160761.tif 000020