(57)【要約】【課題】オン抵抗の低減または電流コラプスの抑制を実現しつつ、耐圧の低下が防止された半導体装置を提供すること。【解決手段】基板上に形成された窒化物系半導体からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の表面に形成され、前記第１半導体層よりもバンギャップが広い窒化物系半導体からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の表面上に形成された第１電極と、前記第２半導体層の表面上に形成された第２電極と、前記第２半導体層の表面の前記第１電極と前記第２電極との間に形成された電極間絶縁膜と、前記電極間絶縁膜上に形成された絶縁体からなる誘電率調整層と、を備え、前記第１電極は、前記電極間絶縁膜に乗り上げるように形成されたフィールドプレート部を有し、前記誘電率調整層は、前記フィールドプレート部の側端部に接触する第１誘電率調整層と、前記第１誘電率調整層上に形成された第２誘電率調整層とを有する半導体装置。【選択図】図１
2014090037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された窒化物系半導体からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層の表面に形成され、前記第１半導体層よりもバンギャップが広い窒化物系半導体からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層の表面上に形成された第１電極と、
前記第２半導体層の表面上に形成された第２電極と、
前記第２半導体層の表面の前記第１電極と前記第２電極との間に形成された電極間絶縁膜と、
前記電極間絶縁膜上に形成された絶縁体からなる誘電率調整層と、
を備え、前記第１電極は、前記電極間絶縁膜に乗り上げるように形成されたフィールドプレート部を有し、前記誘電率調整層は、前記フィールドプレート部の側端部に接触する第１誘電率調整層と、前記第１誘電率調整層上に形成された第２誘電率調整層とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１誘電率調整層の比誘電率をεｒ１、前記第２誘電率調整層の比誘電率をεｒ２とすると、１．５＜εｒ２＜９、かつεｒ１≧εｒ２が成り立つ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】
前記第１電極の底面から引き抜かれるキャリアの電荷量に対する、前記第１電極の前記フィールドプレート部の側端部から前記電極間絶縁膜および前記第１誘電率調整層を介して引き抜かれるキャリアの電荷量の比が、６５％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１誘電率調整層の比誘電率εｒ１が、３≦εｒ１≦９を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１誘電率調整層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１誘電率調整層は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＨｆＳｉｘＯｙ、ＺｒＳｉｘＯｙの少なくともいずれか一つのセラミック粒子を混合したポリイミド膜を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１誘電率調整層は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎの少なくともいずれか一つの金属を含むポリマ材料を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１誘電率調整層は、シリコン樹脂材料を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１誘電率調整層は、高誘電性ポリマ材料を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１電極はアノード電極であり、前記第２電極はカソード電極であり、当該半導体装置は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】
前記第１電極はゲート電極であり、前記第２電極はドレイン電極であり、当該半導体装置は高移動度トランジスタ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。
【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】
ワイドバンドギャップ半導体は、高い絶縁破壊耐圧、良好な電子輸送特性、良好な熱伝導度を持つので、高温環境用、大パワー用、あるいは高周波用半導体デバイスの材料として非常に魅力的である。代表的なワイドバンドギャップ半導体として、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮまたはこれらのうち２以上の混晶である窒化物系半導体がある。また、たとえばＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合構造を有する半導体装置は、ピエゾ効果によって、ヘテロ接合界面に２次元電子ガスが発生している。この２次元電子ガスは、高い電子移動度とキャリア密度を有している。そのため、このようなＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合構造を有する半導体装置、たとえばショットキーバリアダイオードや電界効果トランジスタは、高耐圧、低いオン抵抗、および速いスイッチング速度を有し、パワースイッチング応用に非常に好適である。
【０００３】
また、より高い耐圧を実現するために、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合構造を有する素子において、ショットキー電極が、半導体層の表面に形成された絶縁体からなる表面保護膜上に乗り上げてフィールドプレート構造を形成しているものが開示されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】N.  Zhang,  U.K.  Mishra,  “High  Breakdown  GaN  HEMT  with  Overlapping  Gate  Structure”,  IEEE  Electron  Device  Letters,  vol.21,  no.9,  2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ヘテロ接合構造を有する半導体装置において、オン抵抗を低減し、または電流コラプスの発生を抑制するためには、２次元電子ガスのキャリア密度を高めることが好ましい。ところが、２次元電子ガスのキャリア密度を高めた場合、素子に逆電圧を印加したとき（たとえばショットキーバリアダイオードの場合はアノード電極−カソード電極間に逆電圧を印加したとき）にデバイス中に強い電界集中が発生しやすくなる。これによって素子の耐圧および電流コラプス特性が低下するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、オン抵抗の低減または電流コラプスの抑制を実現しつつ、耐圧の低下が防止され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、基板上に形成された窒化物系半導体からなる第１半導体層と、前記第１半導体層の表面に形成され、前記第１半導体層よりもバンギャップが広い窒化物系半導体からなる第２半導体層と、前記第２半導体層の表面上に形成された第１電極と、前記第２半導体層の表面上に形成された第２電極と、前記第２半導体層の表面の前記第１電極と前記第２電極との間に形成された電極間絶縁膜と、前記電極間絶縁膜上に形成された絶縁体からなる誘電率調整層と、を備え、前記第１電極は、前記電極間絶縁膜に乗り上げるように形成されたフィールドプレート部を有し、前記誘電率調整層は、前記フィールドプレート部の側端部に接触する第１誘電率調整層と、前記第１誘電率調整層上に形成された第２誘電率調整層とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１誘電率調整層の比誘電率をεｒ１、前記第２誘電率調整層の比誘電率をεｒ２とすると、１．５＜εｒ２＜９、かつεｒ１≧εｒ２が成り立つことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１電極の底面から引き抜かれるキャリアの電荷量に対する、前記第１電極の前記フィールドプレート部の側端部から前記電極間絶縁膜および前記第１誘電率調整層を介して引き抜かれるキャリアの電荷量の比が、６５％以上であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１誘電率調整層の比誘電率εｒ１が、３≦εｒ１≦９を満たすことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１誘電率調整層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１誘電率調整層は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＨｆＳｉｘＯｙ、ＺｒＳｉｘＯｙの少なくともいずれか一つのセラミック粒子を混合したポリイミド膜を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１誘電率調整層は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎの少なくともいずれか一つの金属を含むポリマ材料を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１誘電率調整層は、シリコン樹脂材料を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１誘電率調整層は、高誘電性ポリマ材料を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１電極はアノード電極であり、前記第２電極はカソード電極であり、当該半導体装置はダイオードであることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第１電極はゲート電極であり、前記第２電極はドレイン電極であり、当該半導体装置は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、オン抵抗の低減または電流コラプスの抑制を実現しつつ、耐圧の低下が防止された半導体装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体装置の模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体装置に発生する電界強度分布の一例を説明する図である。
【図３】図３は、実施例１、２の半導体装置のリーク電流特性の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施例における第１誘電率調整層の比誘電率と耐圧との関係を示す図である。
【図５】図５は、図４で示されているデータ点の数値を示す図である。
【図６】図６は、実施例１、２の半導体装置の電流コラプス特性の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る半導体装置の模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施の形態３に係る半導体装置の模式的な断面図である。
【図９】図９は、実施の形態４に係る半導体装置の模式的な断面図である。
【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詳細に説明する。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、各図面において、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。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは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）
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の模式的な断面図である。この半導体装置１００は、ショットキーバリアダイオードであって、基体１上に形成された、第１半導体層２、第２半導体層３、第１電極４、第２電極５、電極間絶縁膜６、配線金属７、８および誘電率調整層９を備えている。
【００２２】
基体１は、第１半導体層２の下地となる層であり、たとえば、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア、ＧａＮ等からなる基板上に、適宜バッファ層等の所望の半導体層が形成された構成を有する。このように、基板と第１半導体層２との間には、所望の層が介在しても良い。
【００２３】
第１半導体層２は、窒化物系半導体からなる層であり、電子走行層として機能する。第２半導体層３は、第１半導体層２の表面に形成され、第１半導体層２よりもバンギャップが広い窒化物系半導体からなり、電子供給層として機能する。たとえば、第１半導体層２はＧａＮからなり、第２半導体層３はＡｌＧａＮからなるが、第１半導体層２および第２半導体層３を構成する窒化物系半導体材料は、バンギャップが所望の関係を満たすものであれば特に限定はされない。
【００２４】
第２半導体層３の層厚はたとえば１〜５０ｎｍ、好ましくは２０〜２５ｎｍである。また、第２半導体層３のＡｌ組成はたとえば２５％であるが、１０〜５０％でもよく、２０〜３５％であればより好ましい。
【００２５】
電極間絶縁膜６は、第２半導体層３の表面の第１電極４と第２電極５との間に形成されており、たとえばＳｉＮやＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁体からなる。
【００２６】
第１電極４は、第２半導体層３の表面上に形成されている。第１電極４は、第２半導体層３とショットキー接触するとともに、第２半導体層３上で電極間絶縁膜６に乗り上げるように形成されたフィールドプレート部４ａを有している。第１電極４はたとえばＮｉ／Ａｕ構造を有する。この第１電極４はアノード電極として機能する。一方、第２電極５は、第１電極４とは電極間絶縁膜６を隔てて第２半導体層３の表面上に形成されており、第２半導体層３にオーミック接触している。第２電極５はたとえばＴｉ／Ａｌ構造を有する。この第２電極５はカソード電極として機能する。
【００２７】
配線金属７は、第１電極４上に形成されている。配線金属８は、第２電極５上に形成されている。配線金属７、８はたとえばＡｌやＡｕ等の配線用の金属からなる。
【００２８】
誘電率調整層９は、電極間絶縁膜６上に形成されており、絶縁体からなる。また、誘電率調整層９は、電極間絶縁膜６に面し、第１電極４のフィールドプレート部４ａの側端部４ａａに接触する第１誘電率調整層９ａと、第１誘電率調整層９ａ上に形成された第２誘電率調整層９ｂとを有する。
【００２９】
第２半導体層３は、第１半導体層２よりもバンギャップが広いため、第１半導体層２の第２半導体層３との界面にはピエゾ効果によりキャリアとしての２次元電子ガス２ａが発生している。２次元電子ガス２ａのキャリア密度Ｎｓはたとえば１×１０１２ｃｍ−２〜２×１０１３ｃｍ−２のオーダーである。
【００３０】
上述したように、アノード電極（第１電極４）−カソード電極（第２電極５）間に正電圧を印加したときのアノード電極−カソード電極間のオン抵抗および電流コラプス特性は、２次元電子ガス２ａのキャリア密度が高いことが好ましく、たとえば１×１０１３ｃｍ−２に設定することが好ましい。
【００３１】
しかしながら、アノード電極−カソード電極間に逆電圧を印加すると、第１電極４側から２次元電子ガス２ａが徐々に空乏化していく。このとき、第１電極４のフィールドプレート部４ａの側端部４ａａには電界が集中するが、２次元電子ガス２ａのキャリア密度が高いほど、集中する電界強度が高くなるため、耐圧が低下する。
【００３２】
これに対して、この半導体装置１００では、絶縁体からなる第１誘電率調整層９ａが、フィールドプレート部４ａの側端部４ａａに接触しているため、２次元電子ガス２ａの空乏が第１誘電率調整層９ａに沿って広がりやすくなる。このため、側端部４ａａへの電界の集中が緩和される。その結果、半導体装置１００では、２次元電子ガス２ａのキャリア密度を高めてオン抵抗の低減または電流コラプスの抑制を実現しつつ、耐圧の低下を防止することができる。さらに、第１誘電率調整層９ａは、２次元電子ガス２ａの上方に位置しており、逆電圧印加時には上方からキャリアである２次元電子ガス２ａを引き抜く効果がある。これによって、２次元電子ガス２ａは側端部４ａａでの電界があまり高くならないうちに空乏化する。これによって、さらに半導体装置１００の耐圧の低下が防止される。
【００３３】
このような空乏を広がり易くする効果およびキャリアを引き抜く効果を発揮するためには、第１誘電率調整層９ａの比誘電率が高いほど良い。ここで、図１を用いて説明すると、図１中の矢線Ｌ１、Ｌ２、および、Ｌ３は、２次元電子ガス２ａからのキャリアを引き抜く経路を表し、それぞれパス１、パス２、パス３と呼ぶこととする。パス１は第１電極４の底面から引き抜くパスを表し、パス２は第１電極４のフィールドプレート部４ａの側端部４ａａから第１誘電率調整層９ａや電極間絶縁膜６等を介して引き抜くパスを表し、パス３は配線金属７から第２誘電率調整層９ｂ、第１誘電率調整層９ａ、電極間絶縁膜６等を介して引き抜くパスを表す。ここで、パス２で引き抜かれる電荷量は、第１電極４のフィールドプレート部４ａの側端部４ａａと、第１誘電率調整層９ａと電極間絶縁膜６との界面間容量および、電極間絶縁膜６での容量などで決まるため、キャリアを引き抜く効果を大きくするには、第１誘電率調整層９ａの比誘電率が高いほど良い。また、パス３においては配線金属７と２次元電子ガス２ａとの距離が大きいため、パス３での電荷の引き抜きの効果は小さくなる。
【００３４】
図２は、図１に示す半導体装置に発生する電界強度分布の一例を説明する図である。半導体装置１００の下にあるグラフは、逆電圧印加時のフィールドプレート部４ａの側端部４ａａの近傍の電界強度分布を幅方向で拡大して示すグラフである。ここで、第１誘電率調整層９ａの比誘電率εｒ１を１、３、５、７、９と変化させると、グラフに示すように電界強度のピーク値が減少していく。このように、第１誘電率調整層９ａの比誘電率が高い程、側端部４ａａにおける電界集中が緩和される。また、図２では、電極間絶縁膜６がＳｉＯ２からなる場合の絶縁破壊電界の値を示している。図２より、第１誘電率調整層９ａの比誘電率εｒ１が３以上であれば、側端部４ａａ近傍の電極間絶縁膜６における電界強度が、電極間絶縁膜６の絶縁破壊電界よりも小さくなるので好ましい。
【００３５】
第１誘電率調整層９ａは第１電極４のフィールドプレート部４ａの側端部４ａａに接触していれば良く、その層厚はフィールドプレート部４ａと同程度の厚さであればよい。第１誘電率調整層９ａの層厚はたとえば数百ｎｍである。フィールドプレート部４ａの長さはたとえば４μｍである。
【００３６】
第１誘電率調整層９ａは、たとえば、所望の比誘電率を有するように調整された、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯの少なくともいずれか一つを含む材料、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＨｆＳｉｘＯｙ、ＺｒＳｉｘＯｙの少なくともいずれか一つの高誘電率のセラミック粒子を混合したポリイミド膜を含む材料、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎの少なくともいずれか一つの金属を含むポリマ材料を含む材料、シリコン樹脂材料を含む材料、および、高誘電性ポリマ材料を含む材料のいずれかまたはこれらを適宜混合した材料で構成することができる。
【００３７】
一方、第２誘電率調整層９ｂは、第１誘電率調整層９ａと同じ比誘電率の材料で構成してもよい。特に、第１誘電率調整層９ａと第２誘電率調整層９ｂとが同じ材料であれば、誘電率調整層９は実質的に１層構造と見なすことができる。この場合、第２誘電率調整層９ｂの比誘電率をεｒ２とすると、εｒ１＝εｒ２である。
【００３８】
ただし、第２誘電率調整層９ｂに、配線金属７と配線金属８との間を絶縁する機能を持たせる場合は、第２誘電率調整層９ｂは層厚が数μｍ程度となる。第２誘電率調整層９ｂがこのように厚い場合、誘電率が高いと半導体装置１００の寄生容量が増加することとなる。したがって、高速のスイッチング特性の半導体装置１００を実現する上では、第２誘電率調整層９ｂの比誘電率をεｒ２とすると、εｒ２＜９、かつεｒ１＞εｒ２であることが好ましい。よって、εｒ１とεｒ２との間にはεｒ１≧εｒ２の関係式が成り立つことができる。
【００３９】
また、εｒ２については、低すぎると逆電圧印加時に絶縁性が高すぎて配線金属間で放電が発生することがある。これを防止するためには、１．５＜εｒ２であることが好ましい。
【００４０】
より具体的な例としては、第１電極４のフィールドプレート部４ａの層厚は３５０ｎｍであり、第１誘電率調整層９ａの層厚も同程度である。電極間絶縁膜６は比誘電率が３．８のＳｉＯ２からなる。第１誘電率調整層９ａは比誘電率εｒ１が３．５のポリイミドからなる。第２誘電率調整層９ｂは比誘電率εｒ２が３．０のポリイミドからなる。
【００４１】
また、別の具体的な例としては、第１電極４のフィールドプレート部４ａの層厚は３５０ｎｍであり、第１誘電率調整層９ａの層厚も同程度である。電極間絶縁膜６は比誘電率が３．８のＳｉＯ２からなる。第１誘電率調整層９ａは比誘電率εｒ１が３．８のＳｉＯ２からなる。第２誘電率調整層９ｂは比誘電率εｒ２が３．０のポリイミドからなる。
【００４２】
また、さらに別の具体的な例としては、第１電極４のフィールドプレート部４ａの層厚は３５０ｎｍであり、第１誘電率調整層９ａの層厚も同程度である。電極間絶縁膜６は比誘電率が３．８のＳｉＯ２からなる。第１誘電率調整層９ａは比誘電率εｒ１が７．９のＳｉ３Ｎ４からなる。第２誘電率調整層９ｂは比誘電率εｒ２が３．０のポリイミドからなる。
【００４３】
つぎに、本発明の実施例として、図１に示す構成の半導体装置を作製し、その耐圧と電流コラプス特性を測定した。なお、作製した半導体装置の特性については、第１半導体層を層厚７００ｎｍのＧａＮ層とし、第２半導体層を層厚が３０ｎｍのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ層とし、電極間絶縁膜を膜厚６００ｎｍのＳｉＯ２膜とし、フィールドプレート部の長さを４μｍ、厚さを３５０ｎｍとし、第１誘電体調整層を層厚３５０ｎｍのポリイミドとし、配線金属の厚さを５μｍとし、第２誘電率調整層の層厚を６μｍとした。また、アノード電極−カソード電極間距離（Ｌａｃ）は１０μｍとした。
【００４４】
図３は、実施例１、２の半導体装置のリーク電流特性の一例を示す図である。ここで、実施例１、２は、第１誘電率調整層の比誘電率をそれぞれ１．９、３．５に設定したものである。図３において横軸は逆電圧Ｖｒ、縦軸は逆電圧時のリーク電流Ｉｒを示している。ここでは、リーク電流が急激に増大するときの逆電圧の値を耐圧とする。
【００４５】
つぎに、第１誘電率調整層の比誘電率をさまざまな値とした半導体装置のリーク電流特性を測定し、これによって耐圧を測定した。図４は、実施例における第１誘電率調整層の比誘電率と耐圧との関係を示す図である。図５は、図４で示されているデータ点の数値を示す図である。図４、５に示すように、第１誘電率調整層の比誘電率が大きい程、耐圧が高くなることが確認された。
【００４６】
また、下記の表１は、電極間絶縁膜６がＳｉＯ２（比誘電率は３．８）からなる場合に、第１誘電率調整層９ａの比誘電率εｒ１を１、３、５、７、９と変化させ、逆電圧として４００Ｖを印加したときの、図１で示すパス１で引き抜かれる電荷量に対するパス２で引き抜かれる電荷量の割合のシミュレーション結果を示す。なお、２次元電子ガス２ａのキャリア密度Ｎｓは１×１０１３ｃｍ−２とした。表１に示すように、第１誘電率調整層９ａの比誘電率εｒ１を大きくするに従って引き抜かれる電荷量の割合は飽和する傾向にあり、第１誘電率調整層９ａの比誘電率εｒ１が３以上であれば、引き抜かれる電荷量の割合が６５％以上となるので好ましい。また、比誘電率εｒ１が９以下であれば、第１誘電率調整層９ａの形成が容易であり好ましい。
【００４７】
【表１】
2014090037.tif 000003
【００４８】
つぎに、実施例１、２の半導体装置の電流コラプス特性を測定した。図６は、実施例１、２の半導体装置の電流コラプス特性の一例を示す図である。図３において横軸は逆電圧Ｖｒ、縦軸はコラプスを示している。ここで、コラプスは、半導体装置の逆電圧印加前のオン抵抗をＲｂ、逆電圧印加後のオン抵抗をＲａとすると、Ｒａ／Ｒｂで定義される量である。したがって、コラプスの値が大きいほど電流特性が低下することとなる。図６に示すように、第１誘電率調整層の比誘電率が大きい程、電流コラプス特性が良くなることが確認された。
【００４９】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の模式的な断面図である。図７に示すように、この半導体装置１００Ａは、図１に示す実施の形態１に係る半導体装置１００において、誘電率調整層９を誘電率調整層９Ａに置き換えた構成を有する。
【００５０】
誘電率調整層９Ａは、電極間絶縁膜６上に形成されており、絶縁体からなる。また、誘電率調整層９Ａは、電極間絶縁膜６に面し、第１電極４のフィールドプレート部４ａの側端部４ａａに接触する第１誘電率調整層９Ａａと、第１誘電率調整層９Ａａ上に形成された第２誘電率調整層９Ａｂとを有する。
【００５１】
第１誘電率調整層９Ａａおよび第２誘電率調整層９Ａｂの構成材料、比誘電率、および層厚等の好ましい値は、対応する第１誘電率調整層９ａまたは第２誘電率調整層９ｂと同様にすることができる。なお、半導体装置１００の第１誘電率調整層９ａは、電極間絶縁膜６上で第２電極５に到るまで全面に形成されているのに対して、半導体装置１００Ａの第１誘電率調整層９Ａａは、電極間絶縁膜６上でフィールドプレート部４ａの側端部４ａａからカソード電極５側へ向かって部分的に形成されている。第２電極５側では、第２誘電率調整層９Ａｂはその一部が電極間絶縁膜６の表面を覆っている。
【００５２】
この半導体素子１００Ａでも、半導体装置１００と同様に、第１誘電率調整層９Ａａが、空乏を広がり易くする効果およびキャリアを引き抜く効果を発揮する。その結果、２次元電子ガス２ａのキャリア密度を高めてオン抵抗の低減または電流コラプスの抑制を実現しつつ、耐圧の低下を防止することができる。
【００５３】
具体的な例としては、第１電極４のフィールドプレート部４ａの層厚は３５０ｎｍであり、第１誘電率調整層９Ａａの層厚も同程度である。電極間絶縁膜６は比誘電率が３．８のＳｉＯ２からなる。第１誘電率調整層９Ａａは比誘電率εｒ１が７．９のＳｉ３Ｎ４からなる。第２誘電率調整層９Ａｂは比誘電率εｒ２が３．０のポリイミドからなる。ここで、第１電極４のフィールドプレート部４ａの側面部４ａａからの引き抜かれるキャリアの量は、側面部４ａａと電極間絶縁膜６の上面との間の容量で変化する。そのため、側面部４ａａ付近に比誘電率εｒ１の大きいＳｉ３Ｎ４からなる第１誘電率調整層９Ａａを形成し、その他の領域では比誘電率εｒ２の比較的小さいポリイミドからなる第２誘電率調整層９Ａｂで形成することで、全面にＳｉ３Ｎ４からなる第１誘電率調整層９Ａａを形成した時に比べて、配線金属７，８間の容量をいっそう低減できるという効果が得られる。
【００５４】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の模式的な断面図である。この半導体装置２００は、高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）であって、基体１上に形成された、第１半導体層２、第２半導体層３、第１電極２４、第２電極２５、第３電極１０、電極間絶縁膜２６ａ、２６ｂ、配線金属２７、２８および誘電率調整層２９を備えている。
【００５５】
電極間絶縁膜２６ａ、２６ｂは、第２半導体層３の表面の第１電極２４、第２電極２５、第３電極９の各電極間に形成されており、たとえばＳｉＮやＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁体からなる。
【００５６】
第１電極２４は、第２半導体層３とショットキー接触するとともに、第２半導体層３上で電極間絶縁膜２６ａ、２６ｂに乗り上げるように形成されたフィールドプレート部２４ａ、２４ｂを有している。第１電極２４はたとえばＮｉ／Ａｕ構造を有する。この第１電極２４はゲート電極として機能する。
【００５７】
第２電極２５は、第１電極２４とは電極間絶縁膜２６ａを隔てて第２半導体層３の表面に形成されており、第２半導体層３にオーミック接触している。第２電極２５はたとえばＴｉ／Ａｌ構造を有する。この第２電極２５はドレイン電極として機能する。また、第３電極９は、第１電極２４とは電極間絶縁膜２６ｂを隔てて第２半導体層３の表面に形成されており、第２半導体層３にオーミック接触している。第３電極１０はたとえばＴｉ／Ａｌ構造を有する。この第３電極９はソース電極として機能する。
【００５８】
配線金属２７は、第１電極２４上に形成されている。配線金属２８は、第３電極１０上に形成されている。配線金属２７、２８はたとえばＡｌやＡｕ等の配線用の金属からなる。
【００５９】
誘電率調整層２９は、電極間絶縁膜２６ａ、２６ｂ上に形成されており、絶縁体からなる。また、誘電率調整層２９は、第１電極２４のフィールドプレート部２４ａの側端部２４ａａに接触する第１誘電率調整層２９ａと、フィールドプレート部２４ｂの側端部２４ｂａに接触する第１誘電率調整層２９ｂと、第１誘電率調整層２９ａ、２９ｂ上に形成された第２誘電率調整層２９ｃとを有する。
【００６０】
この半導体装置２００では、半導体装置１００と同様に、絶縁体からなる第１誘電率調整層２９ａが、フィールドプレート部２４ａの側端部２４ａａに接触しているため、ソース電極（第３電極１０）−ドレイン電極（第２電極２５）間に逆電圧を印加したときに、２次元電子ガス２ａの空乏が第１誘電率調整層２９ａに沿って広がりやすいので、側端部２４ａａへの電界の集中が緩和される。さらに、第１誘電率調整層２９ａのキャリア引き抜き効果も発揮される。その結果、半導体装置２００では、２次元電子ガス２ａのキャリア密度を高めてオン抵抗の低減または電流コラプスの抑制を実現しつつ、耐圧の低下を防止することができる。
【００６１】
なお、第１誘電率調整層２９ａ、２９ｂおよび第２誘電率調整層２９ｃの構成材料、比誘電率、および層厚等の好ましい値は、半導体装置１００における対応する第１誘電率調整層９ａまたは第２誘電率調整層９ｃの場合と同じである。
【００６２】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の模式的な断面図である。図９に示すように、この半導体装置２００Ａは、図８に示す実施の形態１に係る半導体装置２００において、誘電率調整層２９を誘電率調整層２９Ａに置き換えた構成を有する。
【００６３】
誘電率調整層２９Ａは、電極間絶縁膜２６上に形成されており、絶縁体からなる。また、誘電率調整層２９Ａは、第１電極２４のフィールドプレート部２４ａの側端部２４ａａに接触する第１誘電率調整層２９Ａａと、フィールドプレート部２４ｂの側端部２４ｂａに接触する第１誘電率調整層２９Ａｂと、第１誘電率調整層２９Ａａ、２９Ａｂ上に形成された第２誘電率調整層２９Ａｃとを有する。
【００６４】
第１誘電率調整層２９Ａａ、２９Ａｂおよび第２誘電率調整層２９Ａｃの構成材料、比誘電率、および層厚等の好ましい値は、それぞれ対応する第１誘電率調整層２９ａ、２９ｂまたは第２誘電率調整層２９ｃと同様にすることができる。また、第１誘電率調整層２９Ａａは、電極間絶縁膜２６ａ上でフィールドプレート部２４ａの側端部２４ａａから第２電極２５側へ向かって部分的に形成されている。これによって、第３電極２５側では、第２誘電率調整層２９Ａｃはその一部が電極間絶縁膜２６ａの表面を覆っている。
【００６５】
この半導体素子２００Ａでも、半導体装置２００と同様に、第１誘電率調整層２９Ａａが、空乏を広がり易くする効果およびキャリアを引き抜く効果を発揮する。その結果、２次元電子ガス２ａのキャリア密度を高めてオン抵抗の低減または電流コラプスの抑制を実現しつつ、耐圧の低下を防止することができる。
【００６６】
具体的な例としては、第１電極２４のフィールドプレート部２４ａ、２４ｂの層厚は３５０ｎｍであり、第１誘電率調整層２９Ａａ、２９Ａｂの層厚も同程度である。電極間絶縁膜２６ａ、２６ｂは比誘電率が３．８のＳｉＯ２からなる。第１誘電率調整層２９Ａａ、２９Ａｂは比誘電率εｒ１が７．９のＳｉ３Ｎ４からなる。第２誘電率調整層２９Ａｃは比誘電率εｒ２が３．０のポリイミドからなる。ここで、第１電極２４のフィールドプレート部２４ａの側面部２４ａａからの引き抜かれるキャリアの量は、側面部２４ａａと電極間絶縁膜６ａの上面との間の容量で変化する。そのため、側面部２４ａａ付近に比誘電率εｒ１の大きいＳｉ３Ｎ４からなる第１誘電率調整層２９Ａａを形成し、その他の第２電極２５側の領域では比誘電率εｒ２の比較的小さいポリイミドからなる第２誘電率調整層２９Ａｃで形成することで、全面にＳｉ３Ｎ４からなる第１誘電率調整層２９Ａａを形成した時に比べて、配線金属２７，２８間の容量をいっそう低減できるという効果が得られる。
【００６７】
なお、上記実施の形態１、２に係る半導体装置はショットキーバリアダイオードであり実施の形態３、４に係る半導体装置はＨＥＭＴである。しかしながら、本発明は他の種々の半導体装置に適用できる。たとえば、実施の形態３に係る半導体装置２００の構成において、第１電極２４と第２半導体層３との間にゲート絶縁膜を介在させて、ＭＩＳ（Metal  Insulator  Semiconductor）ＨＥＭＴ型の電界効果トランジスタを構成してもよい。
【００６８】
また、上記実施の形態において、ＳｉＮやＳｉＯ２と記載している材料は、一般的な呼称としてＳｉＮ、あるいは、ＳｉＯ２と呼ばれるものの集合を指す。つまり、例えば、ＳｉＮやＳｉＯ２と記載している材料としては、ＳｉＮｘやＳｉＯＮなども含む。
【００６９】
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】
【００７０】
１  基体
２  第１半導体層
２ａ  次元電子ガス
３  第２半導体層
４、２４  第１電極
４ａ、２４ａ、２４ｂ  フィールドプレート部
４ａａ、２４ａａ、２４ｂａ  側端部
５、２５  第２電極
６、２６ａ、２６ｂ  電極間絶縁膜
７、８、２７、２８  配線金属
９、９Ａ、２９、２９Ａ  誘電率調整層
９ａ、９Ａａ、２９ａ、２９ｂ、２９Ａａ、２９Ａｂ  第１誘電率調整層
９ｂ、９Ａｂ、２９ｃ、２９Ａｃ  第２誘電率調整層
１０  第３電極
１００、１００Ａ、２００、２００Ａ  半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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