(57)【要約】      （修正有）【課題】動作が安定する半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】第１〜３電極２１〜２３と、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）の第１半導体領域１１と、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１）の第２半導体領域１２と、Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０＜ｘ３＜１）の第３半導体領域１３と、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ｎ（０＜ｘ４＜１）の第４半導体領域１４と、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜ｘ２）またはＩｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ（０≦ｙ１＜１）の第５半導体領域１５とを含む。第１〜３電極２１〜２３はそれぞれ第１〜３導電領域２１ａ、２２ｂ、２３ｃを含む。第２方向において、第３半導体領域１３は、第１導電領域２１ａと第２半導体領域１２との間に設けられ、第４半導体領域１４は、第２導電領域２２ｂと第２半導体領域１２との間に設けられ、第５半導体領域１５は、第３導電領域２３ｃと第２半導体領域１２との間に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電領域を含む第１電極と、
第１方向において、前記第１導電領域から離れた第２導電領域を含む第２電極と、
第３導電領域を含む第３電極であって、前記第１方向における前記第３導電領域の第３位置は、前記第１方向における前記第１導電領域の第１位置と、前記第１方向における前記第２導電領域の第２位置と、の間にある、前記第３電極と、
前記第１方向と交差する第２方向において、前記第１導電領域、前記第２導電領域及び前記第３導電領域から離れたＡｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）の第１半導体領域と、
前記第２方向において、前記第１導電領域と前記第１半導体領域との間、前記第２導電領域と前記第１半導体領域との間、及び、前記第３導電領域と前記第１半導体領域との間に設けられたＡｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜ｘ２）の第２半導体領域と、
前記第２方向において、前記第１導電領域と前記第２半導体領域との間に設けられたＡｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０＜ｘ３＜１、ｘ２＜ｘ３）の第３半導体領域と、
前記第２方向において、前記第２導電領域と前記第２半導体領域との間に設けられたＡｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ｎ（０＜ｘ４＜１、ｘ２＜ｘ４）の第４半導体領域と、
前記第２方向において前記第３導電領域と前記第２半導体領域との間に設けられ、前記第１方向において前記第３半導体領域と前記第４半導体領域との間に設けられ、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜ｘ２）、または、Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ（０≦ｙ１＜１）の第５半導体領域と、
を備えた、半導体装置。
【請求項２】
前記第５半導体領域は、前記第２半導体領域と接した、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ｙ１は、０．０１以下である、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ｙ１は、０よりも高い、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第５半導体領域は、第１部分領域と第２部分領域とを含み、
前記第２方向において、前記第２部分領域は、前記第１部分領域と前記第２半導体領域との間にあり、前記第１部分領域の前記第１方向に沿った第１長さは、前記第２部分領域の前記第１方向に沿った第２長さよりも短い、請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第５半導体領域の一部は、前記第２方向において、前記第３半導体領域と前記第２半導体領域との間に位置し、
前記第５半導体領域の別の一部は、前記第２方向において、前記第４半導体領域と前記第２半導体領域との間に位置した、請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第３電極は、第４導電領域と第５導電領域とを含み、前記第２方向において、前記第４導電領域と前記第２半導体領域との間に前記第３半導体領域の一部があり、前記第２方向において、前記第５導電領域と前記第２半導体領域との間に第４半導体領域の一部がある、請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第３導電領域と前記第５半導体領域との間、前記第４導電領域と前記第３半導体領域との間、及び、前記第５導電領域と前記第４半導体領域との間に設けられた絶縁膜をさらに備えた、請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体装置は、ノーマリオフ型である、請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）の第１半導体膜の上に、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜ｘ２）の第２半導体膜を形成し、
前記第２半導体領域の上に、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜ｘ２）またはＩｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ（０≦ｙ１＜１）の中間半導体膜を形成し、前記中間半導体膜は、第１中間領域、第２中間領域及び第３中間領域を含み、前記第３中間領域は、前記第１中間領域と第２中間領域との間にあり、
前記第３中間領域の上にマスクを形成し、前記第１中間領域および前記第２中間領域を除去し、前記第２半導体膜の一部を露出させ、
前記露出した前記第２半導体膜の前記一部の上にＡｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０＜ｘ３＜１、ｘ２＜ｘ３）の第３半導体膜を形成する、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体装置において、安定した動作が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／０３６１８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、動作安定性を向上できる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】
【０００５】
実施形態によれば、第１電極と、第２電極と、第３電極と、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）の第１半導体領域と、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜ｘ２）の第２半導体領域と、Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０＜ｘ３＜１、ｘ２＜ｘ３）の第３半導体領域と、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ｎ（０＜ｘ４＜１、ｘ２＜ｘ４）の第４半導体領域と、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜ｘ２）またはＩｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ（０≦ｙ１＜１）の第５半導体領域と、を含む。前記第１電極は、第１導電領域を含む。前記第２電極は、第２導電領域を含む。前記第２導電領域は、第１方向において、前記第１導電領域から離れる。前記第３電極は、第３導電領域を含む。前記第１方向における前記第３導電領域の第３位置は、前記第１方向における前記第１導電領域の第１位置と、前記第１方向における前記第２導電領域の第２位置と、の間にある。前記第１半導体領域は、前記第１方向と交差する第２方向において、前記第１導電領域、前記第２導電領域及び前記第３導電領域から離れる。前記第２半導体領域は、前記第２方向において、前記第１導電領域と前記第１半導体領域との間、前記第２導電領域と前記第１半導体領域との間、及び、前記第３導電領域と前記第１半導体領域との間に設けられる。前記第３半導体領域は、前記第２方向において、前記第１導電領域と前記第２半導体領域との間に設けられる。前記第４半導体領域は、前記第２方向において、前記第２導電領域と前記第２半導体領域との間に設けられる。前記第５半導体領域は、前記第２方向において前記第３導電領域と前記第２半導体領域との間に設けられ、前記第１方向において前記第３半導体領域と前記第４半導体領域との間に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態に係る半導体装置を例示する模式断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式断面図である。
【図３】図３は、実施形態係る別の半導体装置を例示する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。  
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
図１は、実施形態に係る半導体装置を例示する模式断面図である。  
図１に示すように、実施形態に係る半導体装置１１０は、第１電極２１と、第２電極２２と、第３電極２３と、第１半導体領域１１と、第２半導体領域１２と、第３半導体領域１３と、第４半導体領域１４と、第５半導体領域１５と、を含む。この例では、基板１０及びバッファ層１０ｂが設けられている。
【０００９】
第１電極２１は、第１導電領域２１ａを含む。第２電極２２は、第２導電領域２２ｂを含む。第２導電領域２２ｂは、第１方向において、第１導電領域２１ａから離れている。
【００１０】
第１方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１１】
第３電極２３は、第３導電領域２３ｃを含む。第１方向（Ｘ軸方向）における第３導電領域２３ｃの第３位置は、第１方向における第１導電領域２１ａの第１位置と、第１方向における第２導電領域２２ｂの第２位置との間にある。例えば、Ｘ軸方向において、第３導電領域２３ｃの少なくとも一部が、第１導電領域２１ａと第２導電領域２２ｂとの間に位置しても良い。
【００１２】
第１半導体領域１１、第２半導体領域１２、第３半導体領域１３、第４半導体領域１４及び第５半導体領域１５は、例えば窒化物半導体を含む。
【００１３】
第１半導体領域１１は、第２方向において、第１導電領域２１ａ、第２導電領域２２ｂ及び第３導電領域２３ｃから離れる。第２方向は、第１方向と交差する。第２方向は、例えば、Ｚ軸方向である。第１半導体領域１１は、例えばＡｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む。
【００１４】
第２半導体領域１２は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第１導電領域２１ａと第１半導体領域１１との間、第２導電領域２２ｂと第１半導体領域１１との間、及び、第３導電領域２３ｃと第１半導体領域１１との間に設けられる。第２半導体領域１２は、例えば、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜ｘ２）を含む。
【００１５】
第３半導体領域１３は、第２方向において、第１導電領域２１ａと第２半導体領域１２との間に設けられる。第３半導体領域１３は、例えば、Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０＜ｘ３＜１、ｘ２＜ｘ３）を含む。
【００１６】
第４半導体領域１４は、第２方向において、第２導電領域２２ｂと第２半導体領域１２との間に設けられる。第４半導体領域１４は、例えば、Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ｎ（０＜ｘ４＜１、ｘ２＜ｘ４）を含む。
【００１７】
第５半導体領域１５は、第２方向において、第３導電領域２３ｃと第２半導体領域１２との間に設けられる。第５半導体領域１５は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第３半導体領域１３と第４半導体領域１４との間に設けられる。第５半導体領域１５は、例えば、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜ｘ２）を含む。または、第５半導体領域１５は、例えば、Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ（０≦ｙ１＜１）を含む。
【００１８】
例えば、基板１０の第１面１０ａの上にバッファ層１０ｂが設けられる。バッファ層１０ｂの上に、上記の半導体領域及び上記の電極が設けられる。基板１０は、例えば、シリコン基板を含む。基板１０の材料は、任意である。
【００１９】
第１電極２１は、第３半導体領域１３と電気的に接続される。第２電極２２は、第４半導体領域１４と電気的に接続される。第１電極２１は、ソース電極及びドレイン電極の一方として機能する。第２電極２２は、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。第３電極２３は、例えば、ゲート電極として機能する。
【００２０】
図１に示すように、絶縁膜３０が設けられる。絶縁膜３０は、第３電極２３の第３導電領域２３ｃと、第５半導体領域１５と、の間に設けられる。絶縁膜３０は、例えば、ゲート絶縁膜として機能する。
【００２１】
第１半導体領域１１は、Ｚ軸方向において第３半導体領域１３と重なる部分を含む。この部分においては、第１半導体領域１１から第３半導体領域１３に向かって格子長（例えば格子定数）が小さくなる。格子長は、半導体領域の積層方向（Ｚ軸方向）の長さである。Ｚ軸方向において第３半導体領域１３と重なる部分においては、第１半導体領域１１から第３半導体領域１３に向かって、バンドギャップエネルギーが上昇する。このため、第１半導体領域１１のこの領域において、２次元電子ガス４０が発生する（図１参照）。
【００２２】
同様に、第１半導体領域１１は、Ｚ軸方向において第４半導体領域１４と重なる部分を含む。この部分においては、第１半導体領域１１から第４半導体領域１４に向かって格子長が小さくなる。Ｚ軸方向において第４半導体領域１４と重なる部分においては、第１半導体領域１１から第４半導体領域１４に向かって、バンドギャップが上昇す。このため、第１半導体領域１１のこの領域において、２次元電子ガス４０が発生する（図１参照）。
【００２３】
一方、第１半導体領域１１は、Ｚ軸方向において第５半導体領域１５と重なる部分を含む。既に説明したように、第５半導体領域１５は、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜ｘ２）を含む。または、第５半導体領域１５は、Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ（０≦ｙ１＜１）を含む。一方、第２半導体領域１２は、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜ｘ２）を含む。第２半導体領域１２から第５半導体領域１５に向かう方向に従って、格子長が大きくなる。Ｚ軸方向において第５半導体領域１５と重なる部分においては、第２半導体領域１２から第５半導体領域１５に向かう方向に従って、バンドギャップエネルギーが減少する。このため、この第１半導体領域１１の、第５半導体領域１５と重なる領域においては、２次元電子ガス４０が実質的に発生しない（図１参照）。
【００２４】
このため、実施形態に係る半導体装置１１０においては、第３電極２３に電圧が印加されていないときにおいて、第１電極２１と第２電極２２との間に電流が実質的に流れない（オフ状態）。そして、第３電極２３に電圧が印加されたときにおいて、第１電極２１と第２電極２２との間に電流が流れる（オン状態）。このように、半導体装置１１０においては、ノーマリオフ動作が可能である。
【００２５】
例えば、第１状態において、第１電極２１の電位と第３電極２３の電位との差の絶対値が第１値である。例えば、第２状態において、第１電極２１の電位と第３電極２３の電位との差の絶対値が第２値である。第１値は、第２値よりも大きい。第１状態は、例えば、オン状態に対応する。第２状態は、例えば、オフ状態に対応する。第１状態において第１電極２１と第２電極２２との間に電圧を加えたときに流れる電流は、第２状態において第１電極２１と第２電極２２との間にその電圧を加えたときに流れる電流よりも大きい。
【００２６】
例えば、半導体装置１１０は、ノーマリオフ型のＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）である。
【００２７】
例えば、第３電極２３と第２半導体領域１２との間に、第３半導体領域１３のようにＡｌ組成比が高い半導体領域が設けられると、第３電極２３と重なる領域においても２次元電子ガス４０が発生する。このため、ノーマリオンとなってしまう。または、しきい値電圧が低く、安定したノーマリオフ動作が困難である。
【００２８】
例えば、第５半導体領域１５のバンドギャップエネルギーは、第２半導体領域１２のバンドギャップエネルギーよりも小さい。例えば、実施形態においては、第５半導体領域１５を設けない参考例と比べて、しきい値電圧が高い。例えば、ノーマリオフ型の動作が、安定する。
【００２９】
実施形態では、例えば、第５半導体領域１５により第２半導体領域１２のピエゾ分極が緩和される。ピエゾ分極の緩和により、例えば、２次元電子ガス４０の発生が効果的に抑制される。
【００３０】
実施形態においては、例えば、第５半導体領域１５は、第２半導体領域１２と物理的に接する。これにより、第１半導体領域１１の、第５半導体領域１５と重なる部分において、２次元電子ガス４０の発生が効果的に抑制される。
【００３１】
第２半導体領域１２は、第２方向（Ｚ軸方向）に沿う厚さ（第２半導体領域厚Ｔ１２）を有する。実施形態において、第２半導体領域厚Ｔ１２は、例えば、２ナノメートル（ｎｍ）以上１０ｎｍ以下である。第２半導体領域厚Ｔ１２が過度に厚い場合、第１半導体領域１１の、第５半導体領域１５と重なる部分において、２次元電子ガス４０が生じやすくなる。第２半導体領域厚Ｔ１２が１０ｎｍ以下のときに、安定したノーマリオフ動作が得られる。
【００３２】
第５半導体領域１５は、第２方向（Ｚ軸方向）に沿う厚さ（第５半導体領域厚Ｔ１５）を有する。実施形態において、第５半導体領域厚Ｔ１５は、例えば、０．５ｎｍ以上である。第５半導体領域厚Ｔ１５が０．５ｎｍ未満の場合は、例えば、第１半導体領域１１の第５半導体領域１５と重なる部分において、２次元電子ガス４０が生じやすくなる。第５半導体領域厚Ｔ１５が０．５ｎｍ以上のときに、安定したノーマリオフ動作が得られる。
【００３３】
後述するように、第５半導体領域厚Ｔ１５は、第５半導体領域厚Ｔ１５となる半導体膜を第２半導体領域１２の上に形成し、その半導体膜の一部を除去することにより、形成できる。このとき、第５半導体領域厚Ｔ１５が薄いと、この半導体膜の除去が容易である。この半導体膜は、水素含有雰囲気による処理などで除去できる。半導体膜の除去における下地の第２半導体領域１２のダメージが抑制できる。この半導体膜（第５半導体領域１５）の厚さが薄いことで、例えば、第２半導体領域１２におけるダメージが抑制される。
【００３４】
第５半導体領域厚Ｔ１５は、例えば、５ｎｍ以下である。これにより、例えば、第２半導体領域１２におけるダメージが抑制される。
【００３５】
この例では、第３電極２３は、第４導電領域２３ｄ及び第５導電領域２３ｅを含む。第２方向（Ｚ軸方向）において、第４導電領域２３ｄと第２半導体領域１２との間に、第３半導体領域１３の一部がある。第２方向（Ｚ軸方向）において、第５導電領域２３ｅと第２半導体領域１２との間に第４半導体領域１４の一部がある。
【００３６】
この例では、絶縁膜３０の一部は、第４導電領域２３ｄと第３半導体領域１３との間に設けられる。絶縁膜３０の別の一部は、第５導電領域２３ｅと第４半導体領域１４との間に設けられる。絶縁膜３０は、第４導電領域２３ｄと第３半導体領域１３との間を絶縁する。絶縁膜３０は、第５導電領域２３ｅと第４半導体領域１４との間を絶縁する。
【００３７】
絶縁膜３０の一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第３電極２３と第３半導体領域１３との間にある。絶縁膜３０の別の一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第３電極２３と第４半導体領域１４との間にある。
【００３８】
第３電極２３の一部（第４導電領域２３ｄ及び第５導電領域２３ｅ）が、Ｚ軸方向において、第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４と重なる。第３電極２３は、Ｚ軸方向において、第３電極２３と第３半導体領域１３との間に位置する絶縁膜３０と重なる。第３電極２３は、Ｚ軸方向において、第３電極２３と第４半導体領域１４との間に位置する絶縁膜３０と重なる。
【００３９】
第１半導体領域１１は、第３半導体領域１３と第３電極２３との間の領域と重なる部分１１ｐを有する。第１半導体領域１１は、第４半導体領域１４と第３電極２３との間の領域と重なる部分１１ｑを有する。第３電極２３は、Ｚ軸方向において、部分１１ｐ及び部分１１ｑと重なる。例えば、第３電極２３に電圧が印加されたときに、部分１１ｐ及び部分１１ｑにおいてキャリアが生じやすくできる。これにより、例えば、オン抵抗を低くできる。例えば、動作を高速化することができる。
【００４０】
図１に示す例では、第５半導体領域１５の、Ｘ−Ｚ平面（第１方向及び第２方向に対して平行な面）に沿う断面は、台形である。台形の斜面は、順テーパである。図１に示すように、例えば、第５半導体領域１５は、第１部分領域１５ａ及び第２部分領域１５ｂを含む。第２方向（Ｚ軸方向）において、第２部分領域１５ｂは、第１部分領域１５ａと第２半導体領域１２との間にある。第１部分領域１５ａは、第１方向（Ｘ軸方向）に沿った第１長さＬ１５ａを有する。第２部分領域１５ｂは、第１方向に沿った第２長さＬ１５ｂを有する。第１長さＬ１５ａは、第２長さＬ１５ｂよりも短い。
【００４１】
例えば、図１に示すように、第５半導体領域の一部（端部）は、第２方向（Ｚ軸方向）において、第３半導体領域１３と第２半導体領域１４との間に位置する。第５半導体領域１５の別の一部（別の端部）は、第２方向において、第４半導体領域１４と第２半導体領域１２との間に位置する。例えば、第５半導体領域１５のテーパ状の斜面の上に、第３半導体領域１３または第４半導体領域１４が設けられる。
【００４２】
第５半導体領域１５のこのような形状は、例えば、後述するように、第５半導体領域１５となる半導体膜を第２半導体領域１２の上に形成し、この半導体膜の一部を除去することで得られる。そして、この半導体膜の一部の除去の後に、第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４となる別の半導体膜を形成することで得られる。
【００４３】
上記の工程において、第５半導体領域１５となる半導体膜の上に、後述するマスクが形成され、加工が行われる。第５半導体領域１５となる半導体膜は、例えば、キャップ層として機能する。第５半導体領域１５となる半導体膜がキャップ層として機能することで、第２半導体領域１２、特に、第２半導体領域１２の中でも、第５半導体領域１５と重なる領域への結晶欠陥の導入を抑制することができる。この結果、しきい値電圧の変動を抑制できる。
【００４４】
例えば、ノーマリオフの半導体装置の参考例として、第２半導体領域１２の一部の上に、第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４を形成し、それらの間に第５半導体領域１５を設けない参考例が考えられる。この参考例においては、第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４を選択的に形成するために、所定の形状を有するマスク（例えば、酸化シリコン膜など）が、第２半導体領域１２に設けられる。このマスクの加工において、このマスクに覆われない第２半導体領域１２に残渣（例えばシリコン含有物）が残る場合がある。残渣が存在する第２半導体領域１２の上に第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４が形成されると、第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４の特性が変動する場合がある。このため、このような参考例においては、オン抵抗が上昇しやすい。この参考例においては、Ｘ軸方向の耐圧（例えば、横耐圧）が低下し易い。
【００４５】
実施形態においては、例えば、第５半導体領域１５となる半導体膜を形成し、その半導体膜の上にマスクが形成されて、この半導体膜の一部が除去される。この半導体膜の一部の除去は、水素を含む処理などにより実施できる。このため、マスクの形成において、残渣が半導体膜の一部の上に残った場合にも、この部分は、除去される。そして、この半導体膜の除去により第２半導体領域１２が露出し、露出した第２半導体領域１２の上に第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４が形成（結晶成長）される。第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４の特性の変動が抑制できる。これにより、オン抵抗の上昇が抑制できる。Ｘ軸方向の耐圧の低下を抑制できる。
【００４６】
実施形態においては、第２半導体領域１２と第３半導体領域１３との間の界面、及び、第２半導体領域１２と第４半導体領域１４との間の界面に、シリコンなどの不純物が生じることが抑制できる。これにより、例えば、Ｘ軸方向の耐圧（例えば横耐圧）を向上できる。
【００４７】
実施形態において、ＭＯＳ界面は、例えば、絶縁膜３０／第５半導体領域１５／第２半導体領域１２の積層構造を有する。Ａｌ組成の低い第５半導体領域１５が絶縁膜３０と接触するため、Ａｌ組成の高い半導体領域が絶縁膜３０と接触する場合と比較して、ＭＯＳ界面が、安定化しやすい。しきい電圧の変動が抑制される。
【００４８】
以下、半導体領域の例について説明する。  
第１半導体領域１１において、例えば、組成比ｘ１は０．０１以下である。第１半導体領域１１は、例えば、ＧａＮを含む。第１半導体領域１１における（残留）キャリア濃度は、例えば、１×１０−１７ｃｍ−３未満である。第１半導体領域１１は、例えば、意図的に不純物をドープしていないＧａＮ（ｕｄ−ＧａＮ）である。例えば、イントリンシックＧａＮ（ｉ−ＧａＮ）である。
【００４９】
第２半導体領域１２において、例えば、組成比ｘ２は、０．１以上０．２未満である。第２半導体領域１２は、例えば、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを含む。第２方向に沿う第２半導体領域１２の第２半導体領域厚Ｔ１２は、例えば、２ナノメートル以上１０ナノメートル以下である。
【００５０】
第３半導体領域１３において、組成比ｘ３は、例えば、０．２以上０．３以下である。第３半導体領域１３は、例えば、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎを含む。第２方向に沿う第３半導体領域１３の厚さＴ１３は、例えば、２０ナノメートル以上５０ナノメートル以下である。
【００５１】
第４半導体領域１４において、組成比ｘ４は、例えば、０．２以上０．３以下である。例えば、組成比ｘ４は、組成比ｘ３と実質的に同じである。例えば、組成比ｘ３と組成比ｘ４との差は、組成比ｘ３の０．１倍以下である。第４半導体領域１４は、例えば、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎを含む。第２方向に沿う第４半導体領域１４の厚さＴ１４は、例えば、２０ナノメートル以上５０ナノメートル以下である。厚さＴ１３と厚さＴ１４との差は、例えば、厚さＴ１３の０．１倍以下である。
【００５２】
第５半導体領域１５がＡｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜ｘ２）を含む場合、組成比ｘ５は、例えば、０．０１以下である。第５半導体領域１５は、例えばＧａＮである。第５半導体領域１５がＩｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎが含む場合組成比ｙ１は、０．０１以下でも良い。組成比ｙ１は、０．０１より高くても良い。これにより、例えば、第５半導体領域１５の格子定数は、第２半導体領域１２の格子定数よりも大きくなる。
【００５３】
第５半導体領域１５がＩｎを含む場合、第５半導体領域１５のバンドギャップエネルギーは、小さくなる。第５半導体領域１５は、Ｉｎを含む場合、第５半導体領域１５の格子長は、大きくなる。第３電極２３と重なる領域において、ピエゾ分極が抑制され易くなる。これにより、しきい値電圧が高くなる。より安定したノーマリオフ動作が得られる。
【００５４】
さらに、第５半導体領域１５となる半導体膜がＩｎを含む場合、例えば、この半導体膜は水素含有処理などにより、より除去されやすくなる。このため、この処理の温度を低くできる。第２半導体領域１２におけるダメージをより抑制できる。
【００５５】
第５半導体領域１５は、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第５半導体領域１５は、例えば、ｐ形である。これにより、第３電極２３の側の伝導帯のエネルギーが上昇する。これにより、しきい値電圧が高くできる。これにより、例えば、ノーマリオフ動作がより安定化される。
【００５６】
絶縁膜３０は、例えば、シリコンの酸化物、シリコンの窒化物、シリコンの酸窒化物、金属の酸化物、金属の窒化物、及び、金属の酸窒化物からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【００５７】
第１電極２１及び第２電極２２の少なくともいずれかは、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、及び、Ａｕからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第３電極２３は、例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、ＴｉＮ、ＷＮ、及び、ポリシリコンからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【００５８】
以下、実施形態に係る半導体装置の製造方法の例について説明する。  
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式断面図である。
【００５９】
図２（ａ）に示すように、基板１０の第１面１０ａの上に、バッファ層１０ｂを形成する。バッファ層１０ｂの上に、第１半導体膜１１ｆを形成する。第１半導体膜１１ｆは、例えば、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）である。第１半導体膜１１ｆの上に、第２半導体膜１２ｆを形成する。第２半導体膜１２ｆは、例えば、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜ｘ２）である。第２半導体膜１２ｆの上に、中間半導体膜１５ｆを形成する。中間半導体膜１５ｆは、例えば、Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ｎ（０≦ｘ５＜ｘ２）またはＩｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ（０≦ｙ１＜１）である。中間半導体膜１５ｆは、第１中間領域１５ｆａ、第２中間領域１５ｆｂ及び第３中間領域１５ｆｃを含む。第３中間領域１５ｆｃは、第１中間領域１５ｆａと第２中間領域１５ｆｂとの間にある。中間半導体膜１５ｆの形成は、第２半導体膜１２ｆの形成と、１つの処理チャンバの中で、連続して行われる。これらの半導体膜は、例えば結晶成長により形成される。
【００６０】
図２（ｂ）に示すように、第３中間領域１５ｆｃの上に、マスク５０を形成する。マスク５０は、例えば、シリコン酸化物を含む。例えば、マスク５０となるシリコン酸化物を含む膜を中間半導体膜１５の上に形成する。フォトリソグラフィ法を用いて、マスク５０の一部を除去する。マスク５０は、第１中間領域１５ｆａ及び第２中間領域１５ｆｂの上には設けられない。マスク５０の断面は、例えば、順テーパーの台形である。マスク５０を形成において、第１中間領域１５ｆａ及び第２中間領域１５ｆｂの表面に、シリコンを含む残渣５１が付着することがある。
【００６１】
図２（ｃ）に示すように、マスク５０をエッチングのマスクとして用いて、第１中間領域１５ｆａ及び第２中間領域１５ｆｂを除去する。これにより、第２半導体膜１２ｆの一部が露出する。残渣５１は、第１中間領域１５ｆａ及び第２中間領域１５ｆｂとともに、除去される。第１中間領域１５ｆａ及び第２中間領域１５ｆｂの除去は、例えば、水素雰囲気による処理を含む。水素雰囲気による処理は、例えば、水素を含む雰囲気による熱処理を含む。熱処理は、例えば、プラズマを使用しないノンプラズマの熱処理を含んでも良い。中間半導体膜１５ｆから第５半導体領域１５が得られる。例えば、第５半導体領域１５は、順テーパーの台形の形状を有する。
【００６２】
図２（ｄ）に示すように、第３半導体膜１３ｆを、露出した第２半導体膜１２ｆの一部の上に形成する。第３半導体膜１３ｆは、第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４となる。第３半導体膜１３ｆは、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いた結晶成長により形成される。第３半導体膜１３ｆはマスク５０の上には実質的に形成されない。第３半導体膜１３ｆは、第２半導体膜１２ｆの上に選択的に形成される。
【００６３】
第３半導体膜１３ｆの形成と、第１中間領域１５ｆａ及び第２中間領域１５ｆｂの除去とは、１つの処理チャンバ内で連続して行うことができる。例えば、ＭＯＣＶＤ装置を、第１中間領域１５ｆａ及び第２中間領域１５ｆｂの除去と、第３半導体膜１３ｆの形成とに、それぞれ用いることができる。例えば、第１中間領域１５ｆａ及び第２中間領域１５ｆｂの除去と、第３半導体膜１３ｆの形成と、は、ＭＯＣＶＤ装置の１つの処理チャンバの中で、連続して行われても良い。
【００６４】
このようにして、第１半導体領域１１、第２半導体領域１２、第３半導体領域１３、第４半導体領域１４及び第５半導体領域１５が、基板１０の第１面１０ａの上に形成される。この後、絶縁膜３０、第１電極２１、第２電極２２及び第３電極２３を形成する。これにより半導体装置１１０が形成される。
【００６５】
上記の製造方法において、第３半導体膜１３ｆは、第１中間領域１５ｆａ及び第２中間領域１５ｆｂを除去して露出させた第２半導体膜１２ｆの一部の上に形成される。これにより、第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４が、第２半導体領域１２の一部の上に形成される。
【００６６】
このような順番で、第３半導体領域１３及び第４半導体領域１４を形成すると、例えば、第３半導体領域１３と第２半導体領域１２との界面（再成長界面）及び第４半導体領域１４と第２半導体領域１２との界面（再成長界面）において、残渣５１の量を減らすことができる。例えば、残渣５１が低減された再成長界面が得られる。これにより、例えば、横耐圧が向上できる。
【００６７】
上記の製造方法によれば、動作安定性を向上できる半導体装置の製造方法を提供できる。
【００６８】
図３は、実施形態の別の例に係る半導体装置を例示する模式断面図である。  
図３に示すように、実施形態に係る半導体装置１１１においては、第１電極２１は、第６導電領域２１ｆをさらに含む。第６導電領域２１ｆは、第１導電領域２１ａと連続する。第２電極２２は、第７導電領域２２ｇをさらに含む。第７導電領域２２ｇは、第２導電領域２２ｂと連続する。第１方向において、第６導電領域２１ｆと第７導電領域２２ｇとの間に、第２半導体領域１２、第３半導体領域１３、第４半導体領域１４及び第５半導体領域１５がある。半導体装置１１１におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０と同様である。
【００６９】
半導体装置１１１において、第１電極２１及び第２電極２２が、第１半導体領域１１と接しても良い。第１電極２１は、第３半導体領域１３の側面に少なくとも一部と接しても良い。第２電極２２は、第４半導体領域１４の側面の少なくとも一部と接しても良い。第６導電領域２１ｆ及び第７導電領域２２ｇにより、電流経路が安定化する。
【００７０】
実施形態によれば、動作安定性を向上できる半導体装置およびその製造方法が提供できる。
【００７１】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００７２】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
本発明の実施形態は、上記実施形態が唯一のものではない。
【００７３】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる電極、半導体領域、絶縁膜、基板及びバッファ層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【００７４】
各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００７５】
その他、本発明の実施形態として上述した半導体装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００７６】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００７７】
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７８】
１０…基板、  １０ａ…第１面、  １０ｂ…バッファ層、  １１…第１半導体領域、  １１ｆ…第１半導体膜、  １１ｐ、１１ｑ…部分、  １２…第２半導体領域、  １２ｆ…第２半導体膜、  １３…第３半導体領域、  １３ｆ…第３半導体膜、  １４…第４半導体領域、  １５…第５半導体領域、  １５ａ…第１部分領域、  １５ｂ…第２部分領域、  １５ｆ…中間半導体膜、  １５ｆａ…第１中間領域、  １５ｆｂ…第２中間領域、  １５ｆｃ…第３中間領域、  ２１…第１電極、  ２１ａ…第１導電領域、  ２１ｆ…第６導電領域、  ２２…第２電極、  ２２ｂ…第２導電領域、  ２２ｇ…第７導電領域、  ２３…第３電極、  ２３ｃ…第３導電領域、  ２３ｄ…第４導電領域、  ２３ｅ…第５導電領域、  ３０…絶縁膜、  ４０…２次元電子ガス、  ５０…マスク、  ５１…残渣、  １１０、１１１…半導体装置、  Ｌ１５ａ…第１長さ、  Ｌ１５ｂ…第２長さ、  Ｔ１２…第２半導体領域厚、  Ｔ１３、Ｔ１４…厚さ、  Ｔ１５…第５半導体領域厚
【図１】
2018101667.tif 000003
【図２】
2018101667.tif 000004
【図３】
2018101667.tif 000005