窒化物半導体素子
【課題】窒化ガリウム系半導体素子のショットキ電極に関連するリーク電流を低減可能な構造を有する窒化ガリウム系半導体素子が提供される。
【解決手段】ショットキバリアダイオード１１では、絶縁体領域１５は、窒化ガリウム系半導体領域１３の第１のエリア１３ｂを覆うと共に第２のエリア１３ｃに設けられた開口１９を有する。第１の電極１７は、ショットキ接合導体部１７ａおよびオーバーラップ導体部１７ｂを含む。ショットキ接合導体部１７ａは、窒化ガリウム系半導体領域１３にショットキ接合２４を成す。オーバーラップ導体部１７ｂは絶縁体領域１５に位置している。絶縁体領域１５は、開口１９を規定しひさし形状の縁部１５ａを含む。庇の下に空隙２３が設けられており、これによって、第１の電極１７および絶縁体領域１５が窒化ガリウム系半導体領域１３の表面１３ｃを部分的に覆われていない。
【解決手段】ショットキバリアダイオード１１では、絶縁体領域１５は、窒化ガリウム系半導体領域１３の第１のエリア１３ｂを覆うと共に第２のエリア１３ｃに設けられた開口１９を有する。第１の電極１７は、ショットキ接合導体部１７ａおよびオーバーラップ導体部１７ｂを含む。ショットキ接合導体部１７ａは、窒化ガリウム系半導体領域１３にショットキ接合２４を成す。オーバーラップ導体部１７ｂは絶縁体領域１５に位置している。絶縁体領域１５は、開口１９を規定しひさし形状の縁部１５ａを含む。庇の下に空隙２３が設けられており、これによって、第１の電極１７および絶縁体領域１５が窒化ガリウム系半導体領域１３の表面１３ｃを部分的に覆われていない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ＡｌＧａＮ−ＧａＮ高電子移動度トランジスタが記載されている。高電子移動度トランジスタでは、ソース電極がフィールドプレートの絶縁膜を介してゲート電極を覆っている。また、非特許文献２には、窒化ガリウム系電界効果トランジスタのためのパッシベーション膜について記載されている。パッシベーション膜として絶縁体が用いられている。
【非特許文献１】W. Saito et al., “High BreakDown Voltage AlGaN-GaN Power HEMT Design and High Current Density Switching Behavior” IEEE Trans. Electron Devices, VOL. 50, NO. 20, Dec. pp.2528-2531 2001
【非特許文献２】信学技報（TECHNICAL REPORT OF IEICE）ＥＤ２００３−２０４ ＭＷ２００３−２３２（２００４−１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように、窒化ガリウム系半導体素子では、窒化ガリウム系半導体表面は、絶縁体からなるパッシベーション膜で覆われている。ショットキ電極は、パッシベーション膜の開口に設けられており、また窒化ガリウム系半導体表面にショットキ接合を成す。ショットキ電極のための開口に到達すると、窒化ガリウム系半導体とパッシベーション膜との界面が終端し、ショットキ電極の導電体はパッシベーション膜に接触しており、またこの終端の近くにショットキ接合のエッジが位置する。上記界面は、微小ながらも電流の経路となる。界面を流れる電流は、窒化ガリウム系半導体の表面に現れる多数の貫通転位に到達すると、これら貫通転位を通してさらに流れていく。この界面電流は、窒化ガリウム系半導体素子のリーク電流として測定され、窒化ガリウム系半導体素子のデバイス特性にとって好ましくないものである。
【０００４】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ショットキ電極からのリーク電流を低減可能な構造を有する窒化ガリウム系半導体素子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】
【０００５】
本発明の一側面によれば、窒化物半導体素子は、（ａ）第１および第２のエリアを含む主面を有する窒化ガリウム系半導体領域と、（ｂ）前記窒化ガリウム系半導体領域の前記第１のエリアを覆うと共に前記第２のエリアに設けられた開口を有する絶縁体領域と、（ｃ）前記絶縁体領域の前記開口に設けられ前記窒化ガリウム系半導体領域に位置するショットキ接合導体部と、前記絶縁体領域上に設けられたオーバーラップ導体部とを含む第１の電極とを備え、前記絶縁体領域は前記開口を規定しひさし形状を有する縁部を含み、前記第１の電極および前記絶縁体領域が前記窒化ガリウム系半導体領域の表面を部分的に覆わないように、前記ひさしの下に空隙が設けられている。
【０００６】
この窒化物半導体素子によれば、ひさし下の空隙において電極は絶縁体領域から離れているので、窒化ガリウム系半導体領域の表面の一部は、絶縁体領域によって覆われていない。絶縁体領域と窒化ガリウム系半導体領域との界面が開口の縁において終端するので、この界面を介してショットキ接合導体部が他の導体と接続されることはない。
【０００７】
本発明に係る窒化物半導体素子では、前記絶縁体領域は、第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に設けられた第２の絶縁層とを含み、前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層の縁よりも前記開口に延出して前記ひさしを形成する延出部を有し、前記第１の絶縁層は第１のシリコン系無機化合物からなり、前記第２の絶縁層は前記第１のシリコン系無機化合物と異なる第２のシリコン系無機化合物からなる。
【０００８】
この窒化物半導体素子によれば、適切なエッチング法を用いるとき、第１のシリコン系無機化合物のエッチングレートは第２のシリコン系無機化合物のエッチングレートと異なるので、ひさしを形成する延出部がエッチングにより形成される。
【０００９】
本発明に係る窒化物半導体素子は、前記窒化ガリウム系半導体領域を搭載するIII族窒化物支持基体と、前記III族窒化物支持基体の裏面に設けられたカソード電極とを更に備えることができる。前記窒化ガリウム系半導体領域は、前記ショットキ接合導体部とショットキ接合を成すｎ型窒化ガリウム系半導体層を含み、当該窒化物半導体素子はショットキバリアダイオードを含み、このショットキバリアダイオードのアノードは前記第１の電極を含む。
【００１０】
この窒化物半導体素子によれば、ショットキバリアダイオードのアノードが、絶縁体領域と窒化ガリウム系半導体領域との界面を介して他の電流経路に接続されることはない。また、窒化ガリウム系半導体領域およびIII族窒化物支持基体の貫通転位を介して、アノードからカソードに流れるリーク電流が低減される。
【００１１】
本発明に係る窒化物半導体素子では、前記窒化ガリウム系半導体領域の前記主面は、前記第１および第２のエリアと異なる第３のエリアを含み、前記窒化ガリウム系半導体領域は、二次元電子ガスを生成可能なヘテロ接合を含み、前記絶縁体領域は前記第３のエリアに位置する別の開口を有する。当該窒化物半導体素子は、前記別の開口に設けられ前記第３のエリアにオーミック接合を成す第２の電極を更に備える。当該窒化物半導体素子はトランジスタを含み、前記第１の電極は前記トランジスタのゲート電極であり、前記第２の電極は前記トランジスタのソース電極およびドレイン電極のいずれか一方である。
【００１２】
この窒化物半導体素子によれば、トランジスタのゲート電極は、絶縁体領域と窒化ガリウム系半導体領域との界面を介して他の導体と接続されることはない。
【００１３】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、窒化ガリウム系半導体素子が提供され、この窒化ガリウム系半導体素子はショットキ電極からのリーク電流を低減可能な構造を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物半導体素子に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る窒化物半導体素子の一例であるショットキバリアダイオードの構造を示す図面である。ショットキバリアダイオード１１は、窒化ガリウム系半導体領域１３と、絶縁体領域１５と、第１の電極１７とを備える。窒化ガリウム系半導体領域１３は主面１３ａを有しており、主面１３ａは第１のエリア１３ｂおよび第２のエリア１３ｃを含む。絶縁体領域１５は、窒化ガリウム系半導体領域１３の第１のエリア１３ｂを覆うと共に第２のエリア１３ｃに設けられた開口１９を有する。第１の電極１７は、ショットキ接合導体部１７ａおよびオーバーラップ導体部１７ｂを含む。ショットキ接合導体部１７ａは、窒化ガリウム系半導体領域１３にショットキ接合２４を成す。また、ショットキ接合導体部１７ａは、窒化ガリウム系半導体領域１３上に位置しており、絶縁体領域１５の開口１９に設けられている。オーバーラップ導体部１７ｂは絶縁体領域１５に位置している。絶縁体領域１５は、開口１９を規定すると共にひさし形状を有する縁部１５ａを含む。ひさし下に空隙２３が設けられており、これによって、第１の電極１７および絶縁体領域１５が、窒化ガリウム系半導体領域１３の表面１３ｃを部分的に覆わない。第１の電極１７は空隙２３によって絶縁体領域１５から離されているので、空隙２３によって、ショットキ接合２４と界面（窒化ガリウム系半導体と絶縁体との接合）２５が接続されない。
【００１７】
このショットキバリアダイオード１１によれば、ひさしの下の空隙２３において第１の電極１７は絶縁体領域１５から離れているので、窒化ガリウム系半導体領域１３の表面の一部が、絶縁体領域１５によって覆われていない。絶縁体領域１５と窒化ガリウム系半導体領域１３との界面２５が開口１９の縁において終端するので、この界面２５を介してショットキ接合導体部１７ａが他の導体と接続されることはない。界面２５は潜在的なリーク経路であるけれども、ひさしの下の空隙２３によって界面２５が電極に接触しないので、リーク電流が低減される。
【００１８】
絶縁体領域１５には、第１の電極１７のオーバーラップ導体部１７ｂが位置するので、絶縁体領域１５はフィールドプレートとして利用されている。フィールドプレート構造を有する縦型構造半導体デバイス、例えばショットキバリアダイオードでは、ショットキ電極から界面２５を流れるリーク電流を低減することが求められる。縦型構造半導体デバイスでは、この界面リーク電流は、半導体の貫通転位を通して裏面電極に流れてしまう可能性がある。例えば、窒化ガリウムウエハには、大きな貫通転位密度を有するコアを呼ばれる第１の領域と、小さい貫通転位密度を有する第２の領域とを含むものがある。第１の領域は、ウエハの表面から裏面へ貫通するように設けられているので、コアと第１の電極１７との間に、空隙２３を設けることが好ましい。
【００１９】
ショットキバリアダイオード１１は、III族窒化物支持基体２７を更に備えることができる。III族窒化物支持基体２７は、窒化ガリウム系半導体領域１３を搭載する。III族窒化物支持基体２７は導電性を有している。III族窒化物支持基体２７としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等から成ることができる。窒化ガリウム系半導体領域１３は、ショットキ接合導体部１７ａとショットキ接合を成すｎ型窒化ガリウム系半導体層２９を含むことができ、必要な場合には、窒化ガリウム系半導体領域１３は、バッファ層といった別のｎ型窒化ガリウム系半導体層を含むことができる。ショットキ接合導体部１７ａがｎ型窒化ガリウム系半導体層２９にショットキ接合を成すとき、第１の電極１７は、アノードとして働く。ショットキバリアダイオード１１は、III族窒化物支持基体２７の裏面２７ｂ上に設けられた第２の電極３１を有する。第２の電極３１は、III族窒化物支持基体２７にオーミック接合を成す。第２の電極３１は、カソードとして働く。一例のショットキバリアダイオード１１では、窒化ガリウム系半導体領域１３はIII族窒化物支持基体２７とホモ接合を成すことが好ましく、例えば窒化ガリウム系半導体領域１３およびIII族窒化物支持基体２７が、共にＧａＮまたはＡｌＧａＮからなることができる。このショットキバリアダイオード１１のアノードは、絶縁体領域１５と窒化ガリウム系半導体領域１３との界面２５を介して他の導体と接続されることはない。
【００２０】
絶縁体領域１５は、複数の絶縁層を含むことができ、本実施例では、第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３５とを含む。第２の絶縁層３５は第１の絶縁層３３上に設けられている。第２の絶縁層３５は、ひさしを形成する延出部３５ａを有しており、この延出部３５ａは、第１の絶縁層３３の縁３３ａよりも開口１９に延出している。第１の絶縁層３３は第１のシリコン系無機化合物からなることができる。第２の絶縁層３５は第１のシリコン系無機化合物と異なる第２のシリコン系無機化合物からなることができる。第１のシリコン系無機化合物は、例えば、シリコン酸化物であり、また第２のシリコン系無機化合物は、シリコン窒化物である。第１のシリコン系無機化合物は、これに限定されることなく、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２、Ｇａ２Ｏ３等を用いることができ、また第２のシリコン系無機化合物は、これに限定されることなく、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２等を用いることができる。
【００２１】
この窒化物半導体素子によれば、適切なエッチング法を用いるとき、第１のシリコン系無機化合物のエッチングレートは第２のシリコン系無機化合物のエッチングレートと異なるので、ひさしを形成する延出部３５ａがエッチングにより形成される。
【００２２】
このような構成は、引き続き行われる説明から理解されるように、高電子移動度トランジスタのショットキゲート電極にも適用される。
【００２３】
図２および図３を参照しながら、この実施の形態に係るショットキバリアダイオードを作製する方法を説明する。
【００２４】
窒化ガリウム基板または窒化ガリウムエピタキシャル膜といった窒化ガリウム系半導体領域４１上に、図２（ａ）に示されるように、シリコン系化合物膜４３、４５を形成する。これらの膜４３，４５は、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法またはスパッタ法等を用いて成長される。膜４３、４５としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、ＳｉＯＮ等を用いることができる。シリコン系化合物膜４３、４５の膜質は互いに異なっており、あるエッチャントを用いるとき、シリコン系化合物膜４５のエッチングレートはシリコン系化合物膜４３のエッチングレートよりも小さい。一例は、シリコン系化合物膜４３はシリコン酸化物であり、シリコン系化合物膜４５は、シリコン酸窒化物であることができる。シリコン系化合物膜４３の膜厚は、例えば０．０００５マイクロメートル〜１マイクロメートルであり、またシリコン系化合物膜４５の膜厚は、例えば０．００１マイクロメートル〜１０マイクロメートルである。
【００２５】
絶縁体領域４７上に、マスク４９形成する。マスク４９は、窒化ガリウム系半導体領域４１のエリア４１ａ上に位置する開口４９ａを有する。エリア４１ａには、ショットキ接合が形成される。マスク４９は、例えばフォトレジストであることができる。
【００２６】
図２（ｂ）および図２（ｃ）に示されるように、マスク４９を用いてシリコン系化合物膜４３、４５をエッチングして、開口を有する絶縁体領域４７ａを形成する。絶縁体領域４７ａは、それぞれの開口を有するシリコン系化合物膜４３ａ、４５ａを含む。一実施例では、互いに膜質の異なるケイ素系膜をバッファードフッ酸を用いてエッチングする。下層のケイ素系膜のエッチングレートが上層のケイ素系膜より大きいので、上層のケイ素系膜が開口５１に延出して庇を形成する。シリコン系化合物膜４３、４５のエッチングを、単一のエッチング工程だけでなく、複数のエッチング工程を用いて行うことができる。シリコン系化合物膜４３、４５のエッチングが完了した後に、マスク４９を除去する。
【００２７】
窒化ガリウム系半導体領域４１は、マスク４０の開口にほぼ対応しており露出したエリア４１ａと、絶縁体領域４７ａで覆われたエリア４１ｂと、エリア４１ａとエリア４１ｂとの間に位置するエリア４１ｃとを含む。エリア４１ｃは帯形状を有する。本工程においては、エリア４１ｃは絶縁体領域４７ａで覆われていない。
【００２８】
次いで、ショットキ電極を形成する。まず、図３（ａ）に示されるように、例えば、ショットキ電極のためのマスク５３を絶縁体領域４７ａ上に形成する。マスク５３は、絶縁体領域４７ａの開口５１に位置合わせされた開口５３ａを有する。窒化ガリウム系半導体領域４１にショットキ接合を成す導電膜を窒化ガリウム系半導体領域４１、絶縁体領域４７ａおよびマスク５３上に堆積する。導電膜としては、例えばＡｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ等を用いることができる。
【００２９】
堆積の後に、図３（ｂ）に示されるように、例えばリフトオフ法を用いてショットキ電極５５を形成する。ショットキ電極５５は、ショットキ接合導体部５５ａおよびオーバーラップ導体部５５ｂを含む。また、ショットキ接合導体部５５ａは、窒化ガリウム系半導体領域４１上に位置しており、絶縁体領域４７ａの開口５１に設けられている。オーバーラップ導体部５５ｂは絶縁体領域４７ａに位置している。絶縁体領域４７ａは、開口５１を規定しひさし形状を有する縁部４７ｂを含む。ひさしの下に空洞５７が設けられており、これによって、ショットキ電極５５および絶縁体領域４７が窒化ガリウム系半導体領域４１のエリア４１ｃを覆っていない。ショットキ電極５５は空洞５７によって絶縁体領域４７ａから離されているので、空洞５７によって、ショットキ接合５９ａと界面（窒化ガリウム系半導体と絶縁体との接合）５９ｂが接続されない。
【００３０】
このショットキバリアダイオード６１によれば、ひさしの下の空隙５７においてショットキ電極５５は絶縁体領域４７から離れているので、窒化ガリウム系半導体領域４１の表面の一部が、絶縁体領域４７ａによって覆われていない。絶縁体領域４７ａと窒化ガリウム系半導体領域４１との界面５９ｂが開口５１の縁において終端するので、この界面５９ｂを介してショットキ接合導体部５５ａが他の導体と接続されることはない。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次いで、図４および図５を参照しながら、窒化物半導体素子の一例であるショット電極を有するトランジスタを説明する。図４は、本発明に係る窒化物半導体素子の一例である高電子移動度トランジスタのための主要な製造工程を示す図面である。
【００３２】
図４（ａ）に示されるように、基板７１上に第１の窒化ガリウム系半導体膜７３および第２の窒化ガリウム系半導体膜７５を形成する。第１の窒化ガリウム系半導体膜７３および第２の窒化ガリウム系半導体膜７５はヘテロ接合７７ａを成しており、また第１の窒化ガリウム系半導体膜７３のバンドギャップは第２の窒化ガリウム系半導体膜７５のバンドギャップより小さい。第１の窒化ガリウム系半導体膜７３には、ヘテロ接合７７ａに沿って二次元電子ガス７７ｂが形成される。第１の窒化ガリウム系半導体膜７３としては例えばＧａＮであり、また第２の窒化ガリウム系半導体膜７５としては例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮであり、また、ＩｎＡｌＮといったIII族窒化物半導体膜であることもできる。第２の窒化ガリウム系半導体膜７５上には、第１の実施の形態と同様に、シリコン系化合物膜４３、４５からなる絶縁体領域４７を形成する。膜４３、４５としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、ＳｉＯＮ等を用いることができる。基板７１は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ等のIII族窒化物からなることができる。基板７１として、例えば半絶縁性を示すものを使用できる。
【００３３】
図４（ｃ）に示されるように、トランジスタの素子分離のためのメサ分離を可能にしメサ領域８１を規定するマスク７９ａを形成する。マスク７９ａを用いて、シリコン系化合物膜４３、４５をエッチングして、シリコン系化合物膜４３ｃ、４５ｃからなる絶縁体領域４７ｃを形成する。シリコン系化合物膜のエッチングは、例えばウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。マスク７９ａを除去する。この後に、第１の窒化ガリウム系半導体膜７３および第２の窒化ガリウム系半導体膜７５をエッチングして、第１および第２の窒化ガリウム系半導体膜７３ｃ、７５ｃを含むメサ８１を形成する。メサ８１は基板７１ｃ上に設けられる。窒化ガリウム系半導体のエッチングは、例えばドライエッチングを用いることができる。
【００３４】
図５（ａ）に示されるように、トランジスタのソース電極およびドレイン電極を形成するためのマスク７９ｂを形成する。マスク７９ｂは、ソース電極およびドレイン電極の位置に対応するように設けられた開口を有する。マスク７９ｂを用いて、シリコン系化合物膜４３ｃ、４５ｃをエッチングして、開口を有するシリコン系化合物膜４３ｄ、４５ｄを形成する。メサ領域８１の表面は部分的に露出する。次いで、ソース電極およびドレイン電極のための導電膜をマスク７９ｂおよびメサ領域８１上に形成する。この形成のために、例えば蒸着法を用いることができる。
【００３５】
図５（ｂ）に示されるように、導電膜の形成後に、例えばリフトオフ法を用いてソース電極およびドレイン電極のための導電体を形成する。合金化処理を施して、メサ領域８１にオーミック接合を成すソース電極８３ａおよびドレイン電極８３ｂを形成する。
【００３６】
図５（ｃ）に示されるように、トランジスタのゲート電極を形成するためのマスク７９ｃを形成する。マスク７９ｃは、ゲート電極の位置に合わせた開口を有する。マスク７９ｃを用いて、第１の実施の形態における図２（ｂ）および図２（ｃ）に示されるように、シリコン系化合物膜４３ｃ、４５ｃをエッチングする。図５（ｃ）および図６（ａ）では、マスク７９ｃを用いてシリコン系化合物膜４３ｄ、４５ｄをエッチングして、開口を有する絶縁体領域４７ｅを形成する。絶縁体領域４７ｅは、それぞれの開口を有するシリコン系化合物膜４３ｅ、４５ｅを含む。この開口には、メサ領域８１の表面が部分的に露出している。
【００３７】
一実施例では、互いに膜質の異なるケイ素系膜をバッファードフッ酸を用いてエッチングする。下層のケイ素系膜のエッチングレートが上層のケイ素系膜より大きいので、上層のケイ素系膜が開口に延出する庇を形成する。シリコン系化合物膜４３ｄ、４５ｄのエッチングが完了した後に、マスク７９ｃを除去する。
【００３８】
メサ領域８１は、露出したエリア８１ａと、エッチングされた絶縁体領域４７ｅで覆われたエリア８１ｂと、エリア８１ａとエリア８１ｂとの間に位置するエリア８１ｃとを含む。エリア８１ｃは帯形状を有する。本工程においては、エリア８１ｃは絶縁体領域４７ｅで覆われていない。
【００３９】
次いで、ショットキ電極を形成する。例えば、まず、図６（ｂ）に示されるように、ショットキ電極のためのマスク７９ｄを絶縁体領域４７ｅ上に形成する。マスク７９ｄは、絶縁体領域４７ｅの開口に位置合わせされた開口８５を有する。窒化ガリウム系半導体領域７５ｃ、絶縁体領域４７ｅおよびマスク７９ｄ上に、窒化ガリウム系半導体領域７５ｃにショットキ接合を形成するための導電膜を堆積する。導電膜としては、例えばＡｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ等を用いることができる。
【００４０】
堆積の後に、図６（ｃ）に示されるように、例えばリフトオフ法を用いてショットキ電極８７を形成する。ショットキ電極８７は、ショットキ接合導体部８７ａおよびオーバーラップ導体部８７ｂを含む。また、ショットキ接合導体部８７ａは、窒化ガリウム系半導体領域７５ｃ上に位置しており、また絶縁体領域４７ｅの開口に設けられている。オーバーラップ導体部８７ｂは絶縁体領域４７ｅ上に位置している。絶縁体領域４７ｅは、ひさし形状を有する縁部４７ｆを含む。庇の下には空洞８９が設けられており、これによって、ショットキ電極８７および絶縁体領域４７ｅがメサ領域８１のエリア８１ｃを覆っていない。ショットキ電極８７は空洞８９によって絶縁体領域４７ｅから離されているので、空洞８９によって、ショットキ接合９１ａと界面（窒化ガリウム系半導体と絶縁体との接合）９１ｂが接続されない。このため、ひさしの下の空洞８９においてゲート電極８７は絶縁体領域４７ｅから離れているので、窒化ガリウム系半導体からなるメサ領域８１の表面８１ｃが、絶縁体領域４７ｅによって覆われていない。絶縁体領域４７ｅとメサ領域８１との界面９１ｂが開口の縁において終端するので、この界面９１ｂを介してショットキ接合導体部８７ａが他の導体（例えば、ソース電極またはドレイン電極）と接続されない。界面９１ｂは潜在的なリーク経路であるけれども、ひさしの下の空洞８９によって界面９１ｂが電極８７に接触しない。また、絶縁体領域４７ｅには、ゲート電極８７のオーバーラップ導体部８７ｂが位置するので、絶縁体領域４７ｅはフィールドプレートをして利用されている。フィールドプレート構造を有する横型構造半導体デバイス、例えば高電子移動度トランジスタでは、界面９１ｂを流れるリーク電流を低減することが求められる。貫通転位はウエハの表面から裏面へ貫通するけれども、ゲート電極８７に隣接して空洞８９を設けることによって界面リーク電流を低減できる。
【００４１】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明に係る窒化物半導体素子の一例であるショットキバリアダイオードの構造を示す図面である。
【図２】図２は絶縁体領域に庇を形成するための処理工程を示す図面である。
【図３】図３（ａ）は、ショットキ電極のためのマスクを形成する工程を示す図面である。図３（ｂ）は、ショットキバリアダイオードのショットキ電極を形成する工程を示す図面である。
【図４】図４（ａ）は、高電子移動度トランジスタを作製する工程フローにおける、ヘテロ接合のための窒化ガリウム系半導体膜および絶縁体領域を基板上に形成する工程を示す図面である。図４（ｂ）は、素子分離のためのマスクを形成する工程と示す図面である。図４（ｃ）は、素子分離のためのエッチングを行う工程と示す図面である。
【図５】図５（ａ）は、高電子移動度トランジスタを作製する工程フローにおける、ソース電極およびドレイン電極のためのマスクを形成する工程を示す図面である。図５（ｂ）は、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を示す図面である。図５（ｃ）は絶縁体領域に庇を形成するためのエッチング工程を示す図面である。
【図６】図６（ａ）は、高電子移動度トランジスタを作製する工程フローにおける、絶縁体領域に庇を形成する工程を示す図面である。図６（ｂ）は、ゲート電極のためのマスクを形成する工程を示す図面である。図６（ｃ）は、高電子移動度トランジスタの構造を示す図面である。
【符号の説明】
【００４３】
１１…ショットキバリアダイオード、１３…窒化ガリウム系半導体領域、１３ｂ、１３ｃ…窒化ガリウム系半導体領域１３のエリア、１５…絶縁体領域、１７…第１の電極、１７ａ…ショットキ接合導体部、１７ｂ…オーバーラップ導体部、
２３…空隙、２４…ショットキ接合、２５…窒化ガリウム系半導体と絶縁体との界面、２７…III族窒化物支持基体、２９…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、３３…第１の絶縁層、３３ａ…絶縁層の縁、３５…第２の絶縁層、３５ａ…延出部、４１…窒化ガリウム系半導体領域、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ…窒化ガリウム系半導体領域のエリア、４３、４５、４３ｃ、４５ｃ、４３ｄ、４５ｄ、４３ｅ、４５ｅ…シリコン系化合物膜、４７、４７ａ、４７ｃ、４７ｅ…絶縁体領域、４７ｆ…ひさし形状を有する縁部、４９…マスク、５１…開口、５３…マスク、５５…ショットキ電極、５５ａ…ショットキ接合導体部、５５ｂ…オーバーラップ導体部、５７…空洞、５９ａ…ショットキ接合、５９ｂ…窒化ガリウム系半導体と絶縁体との界面、７１、７１ｃ…基板、７３、７５、７３ｃ、７５ｃ…窒化ガリウム系半導体膜、７７ａ…ヘテロ接合、７７ｂ…二次元電子ガス、７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄ…マスク、８１…メサ領域、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ…メサ領域のエリア、８３ａ…ソース電極、８３ｂ…ドレイン電極、８７…ショットキ電極、８７ａ…ショットキ接合導体部、８７ｂ…オーバーラップ導体部、８９…空洞、９１ａ…ショットキ接合、９１ｂ…窒化ガリウム系半導体と絶縁体との界面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ＡｌＧａＮ−ＧａＮ高電子移動度トランジスタが記載されている。高電子移動度トランジスタでは、ソース電極がフィールドプレートの絶縁膜を介してゲート電極を覆っている。また、非特許文献２には、窒化ガリウム系電界効果トランジスタのためのパッシベーション膜について記載されている。パッシベーション膜として絶縁体が用いられている。
【非特許文献１】W. Saito et al., “High BreakDown Voltage AlGaN-GaN Power HEMT Design and High Current Density Switching Behavior” IEEE Trans. Electron Devices, VOL. 50, NO. 20, Dec. pp.2528-2531 2001
【非特許文献２】信学技報（TECHNICAL REPORT OF IEICE）ＥＤ２００３−２０４ ＭＷ２００３−２３２（２００４−１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように、窒化ガリウム系半導体素子では、窒化ガリウム系半導体表面は、絶縁体からなるパッシベーション膜で覆われている。ショットキ電極は、パッシベーション膜の開口に設けられており、また窒化ガリウム系半導体表面にショットキ接合を成す。ショットキ電極のための開口に到達すると、窒化ガリウム系半導体とパッシベーション膜との界面が終端し、ショットキ電極の導電体はパッシベーション膜に接触しており、またこの終端の近くにショットキ接合のエッジが位置する。上記界面は、微小ながらも電流の経路となる。界面を流れる電流は、窒化ガリウム系半導体の表面に現れる多数の貫通転位に到達すると、これら貫通転位を通してさらに流れていく。この界面電流は、窒化ガリウム系半導体素子のリーク電流として測定され、窒化ガリウム系半導体素子のデバイス特性にとって好ましくないものである。
【０００４】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ショットキ電極からのリーク電流を低減可能な構造を有する窒化ガリウム系半導体素子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】
【０００５】
本発明の一側面によれば、窒化物半導体素子は、（ａ）第１および第２のエリアを含む主面を有する窒化ガリウム系半導体領域と、（ｂ）前記窒化ガリウム系半導体領域の前記第１のエリアを覆うと共に前記第２のエリアに設けられた開口を有する絶縁体領域と、（ｃ）前記絶縁体領域の前記開口に設けられ前記窒化ガリウム系半導体領域に位置するショットキ接合導体部と、前記絶縁体領域上に設けられたオーバーラップ導体部とを含む第１の電極とを備え、前記絶縁体領域は前記開口を規定しひさし形状を有する縁部を含み、前記第１の電極および前記絶縁体領域が前記窒化ガリウム系半導体領域の表面を部分的に覆わないように、前記ひさしの下に空隙が設けられている。
【０００６】
この窒化物半導体素子によれば、ひさし下の空隙において電極は絶縁体領域から離れているので、窒化ガリウム系半導体領域の表面の一部は、絶縁体領域によって覆われていない。絶縁体領域と窒化ガリウム系半導体領域との界面が開口の縁において終端するので、この界面を介してショットキ接合導体部が他の導体と接続されることはない。
【０００７】
本発明に係る窒化物半導体素子では、前記絶縁体領域は、第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に設けられた第２の絶縁層とを含み、前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層の縁よりも前記開口に延出して前記ひさしを形成する延出部を有し、前記第１の絶縁層は第１のシリコン系無機化合物からなり、前記第２の絶縁層は前記第１のシリコン系無機化合物と異なる第２のシリコン系無機化合物からなる。
【０００８】
この窒化物半導体素子によれば、適切なエッチング法を用いるとき、第１のシリコン系無機化合物のエッチングレートは第２のシリコン系無機化合物のエッチングレートと異なるので、ひさしを形成する延出部がエッチングにより形成される。
【０００９】
本発明に係る窒化物半導体素子は、前記窒化ガリウム系半導体領域を搭載するIII族窒化物支持基体と、前記III族窒化物支持基体の裏面に設けられたカソード電極とを更に備えることができる。前記窒化ガリウム系半導体領域は、前記ショットキ接合導体部とショットキ接合を成すｎ型窒化ガリウム系半導体層を含み、当該窒化物半導体素子はショットキバリアダイオードを含み、このショットキバリアダイオードのアノードは前記第１の電極を含む。
【００１０】
この窒化物半導体素子によれば、ショットキバリアダイオードのアノードが、絶縁体領域と窒化ガリウム系半導体領域との界面を介して他の電流経路に接続されることはない。また、窒化ガリウム系半導体領域およびIII族窒化物支持基体の貫通転位を介して、アノードからカソードに流れるリーク電流が低減される。
【００１１】
本発明に係る窒化物半導体素子では、前記窒化ガリウム系半導体領域の前記主面は、前記第１および第２のエリアと異なる第３のエリアを含み、前記窒化ガリウム系半導体領域は、二次元電子ガスを生成可能なヘテロ接合を含み、前記絶縁体領域は前記第３のエリアに位置する別の開口を有する。当該窒化物半導体素子は、前記別の開口に設けられ前記第３のエリアにオーミック接合を成す第２の電極を更に備える。当該窒化物半導体素子はトランジスタを含み、前記第１の電極は前記トランジスタのゲート電極であり、前記第２の電極は前記トランジスタのソース電極およびドレイン電極のいずれか一方である。
【００１２】
この窒化物半導体素子によれば、トランジスタのゲート電極は、絶縁体領域と窒化ガリウム系半導体領域との界面を介して他の導体と接続されることはない。
【００１３】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、窒化ガリウム系半導体素子が提供され、この窒化ガリウム系半導体素子はショットキ電極からのリーク電流を低減可能な構造を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物半導体素子に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る窒化物半導体素子の一例であるショットキバリアダイオードの構造を示す図面である。ショットキバリアダイオード１１は、窒化ガリウム系半導体領域１３と、絶縁体領域１５と、第１の電極１７とを備える。窒化ガリウム系半導体領域１３は主面１３ａを有しており、主面１３ａは第１のエリア１３ｂおよび第２のエリア１３ｃを含む。絶縁体領域１５は、窒化ガリウム系半導体領域１３の第１のエリア１３ｂを覆うと共に第２のエリア１３ｃに設けられた開口１９を有する。第１の電極１７は、ショットキ接合導体部１７ａおよびオーバーラップ導体部１７ｂを含む。ショットキ接合導体部１７ａは、窒化ガリウム系半導体領域１３にショットキ接合２４を成す。また、ショットキ接合導体部１７ａは、窒化ガリウム系半導体領域１３上に位置しており、絶縁体領域１５の開口１９に設けられている。オーバーラップ導体部１７ｂは絶縁体領域１５に位置している。絶縁体領域１５は、開口１９を規定すると共にひさし形状を有する縁部１５ａを含む。ひさし下に空隙２３が設けられており、これによって、第１の電極１７および絶縁体領域１５が、窒化ガリウム系半導体領域１３の表面１３ｃを部分的に覆わない。第１の電極１７は空隙２３によって絶縁体領域１５から離されているので、空隙２３によって、ショットキ接合２４と界面（窒化ガリウム系半導体と絶縁体との接合）２５が接続されない。
【００１７】
このショットキバリアダイオード１１によれば、ひさしの下の空隙２３において第１の電極１７は絶縁体領域１５から離れているので、窒化ガリウム系半導体領域１３の表面の一部が、絶縁体領域１５によって覆われていない。絶縁体領域１５と窒化ガリウム系半導体領域１３との界面２５が開口１９の縁において終端するので、この界面２５を介してショットキ接合導体部１７ａが他の導体と接続されることはない。界面２５は潜在的なリーク経路であるけれども、ひさしの下の空隙２３によって界面２５が電極に接触しないので、リーク電流が低減される。
【００１８】
絶縁体領域１５には、第１の電極１７のオーバーラップ導体部１７ｂが位置するので、絶縁体領域１５はフィールドプレートとして利用されている。フィールドプレート構造を有する縦型構造半導体デバイス、例えばショットキバリアダイオードでは、ショットキ電極から界面２５を流れるリーク電流を低減することが求められる。縦型構造半導体デバイスでは、この界面リーク電流は、半導体の貫通転位を通して裏面電極に流れてしまう可能性がある。例えば、窒化ガリウムウエハには、大きな貫通転位密度を有するコアを呼ばれる第１の領域と、小さい貫通転位密度を有する第２の領域とを含むものがある。第１の領域は、ウエハの表面から裏面へ貫通するように設けられているので、コアと第１の電極１７との間に、空隙２３を設けることが好ましい。
【００１９】
ショットキバリアダイオード１１は、III族窒化物支持基体２７を更に備えることができる。III族窒化物支持基体２７は、窒化ガリウム系半導体領域１３を搭載する。III族窒化物支持基体２７は導電性を有している。III族窒化物支持基体２７としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等から成ることができる。窒化ガリウム系半導体領域１３は、ショットキ接合導体部１７ａとショットキ接合を成すｎ型窒化ガリウム系半導体層２９を含むことができ、必要な場合には、窒化ガリウム系半導体領域１３は、バッファ層といった別のｎ型窒化ガリウム系半導体層を含むことができる。ショットキ接合導体部１７ａがｎ型窒化ガリウム系半導体層２９にショットキ接合を成すとき、第１の電極１７は、アノードとして働く。ショットキバリアダイオード１１は、III族窒化物支持基体２７の裏面２７ｂ上に設けられた第２の電極３１を有する。第２の電極３１は、III族窒化物支持基体２７にオーミック接合を成す。第２の電極３１は、カソードとして働く。一例のショットキバリアダイオード１１では、窒化ガリウム系半導体領域１３はIII族窒化物支持基体２７とホモ接合を成すことが好ましく、例えば窒化ガリウム系半導体領域１３およびIII族窒化物支持基体２７が、共にＧａＮまたはＡｌＧａＮからなることができる。このショットキバリアダイオード１１のアノードは、絶縁体領域１５と窒化ガリウム系半導体領域１３との界面２５を介して他の導体と接続されることはない。
【００２０】
絶縁体領域１５は、複数の絶縁層を含むことができ、本実施例では、第１の絶縁層３３および第２の絶縁層３５とを含む。第２の絶縁層３５は第１の絶縁層３３上に設けられている。第２の絶縁層３５は、ひさしを形成する延出部３５ａを有しており、この延出部３５ａは、第１の絶縁層３３の縁３３ａよりも開口１９に延出している。第１の絶縁層３３は第１のシリコン系無機化合物からなることができる。第２の絶縁層３５は第１のシリコン系無機化合物と異なる第２のシリコン系無機化合物からなることができる。第１のシリコン系無機化合物は、例えば、シリコン酸化物であり、また第２のシリコン系無機化合物は、シリコン窒化物である。第１のシリコン系無機化合物は、これに限定されることなく、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２、Ｇａ２Ｏ３等を用いることができ、また第２のシリコン系無機化合物は、これに限定されることなく、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２等を用いることができる。
【００２１】
この窒化物半導体素子によれば、適切なエッチング法を用いるとき、第１のシリコン系無機化合物のエッチングレートは第２のシリコン系無機化合物のエッチングレートと異なるので、ひさしを形成する延出部３５ａがエッチングにより形成される。
【００２２】
このような構成は、引き続き行われる説明から理解されるように、高電子移動度トランジスタのショットキゲート電極にも適用される。
【００２３】
図２および図３を参照しながら、この実施の形態に係るショットキバリアダイオードを作製する方法を説明する。
【００２４】
窒化ガリウム基板または窒化ガリウムエピタキシャル膜といった窒化ガリウム系半導体領域４１上に、図２（ａ）に示されるように、シリコン系化合物膜４３、４５を形成する。これらの膜４３，４５は、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法またはスパッタ法等を用いて成長される。膜４３、４５としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、ＳｉＯＮ等を用いることができる。シリコン系化合物膜４３、４５の膜質は互いに異なっており、あるエッチャントを用いるとき、シリコン系化合物膜４５のエッチングレートはシリコン系化合物膜４３のエッチングレートよりも小さい。一例は、シリコン系化合物膜４３はシリコン酸化物であり、シリコン系化合物膜４５は、シリコン酸窒化物であることができる。シリコン系化合物膜４３の膜厚は、例えば０．０００５マイクロメートル〜１マイクロメートルであり、またシリコン系化合物膜４５の膜厚は、例えば０．００１マイクロメートル〜１０マイクロメートルである。
【００２５】
絶縁体領域４７上に、マスク４９形成する。マスク４９は、窒化ガリウム系半導体領域４１のエリア４１ａ上に位置する開口４９ａを有する。エリア４１ａには、ショットキ接合が形成される。マスク４９は、例えばフォトレジストであることができる。
【００２６】
図２（ｂ）および図２（ｃ）に示されるように、マスク４９を用いてシリコン系化合物膜４３、４５をエッチングして、開口を有する絶縁体領域４７ａを形成する。絶縁体領域４７ａは、それぞれの開口を有するシリコン系化合物膜４３ａ、４５ａを含む。一実施例では、互いに膜質の異なるケイ素系膜をバッファードフッ酸を用いてエッチングする。下層のケイ素系膜のエッチングレートが上層のケイ素系膜より大きいので、上層のケイ素系膜が開口５１に延出して庇を形成する。シリコン系化合物膜４３、４５のエッチングを、単一のエッチング工程だけでなく、複数のエッチング工程を用いて行うことができる。シリコン系化合物膜４３、４５のエッチングが完了した後に、マスク４９を除去する。
【００２７】
窒化ガリウム系半導体領域４１は、マスク４０の開口にほぼ対応しており露出したエリア４１ａと、絶縁体領域４７ａで覆われたエリア４１ｂと、エリア４１ａとエリア４１ｂとの間に位置するエリア４１ｃとを含む。エリア４１ｃは帯形状を有する。本工程においては、エリア４１ｃは絶縁体領域４７ａで覆われていない。
【００２８】
次いで、ショットキ電極を形成する。まず、図３（ａ）に示されるように、例えば、ショットキ電極のためのマスク５３を絶縁体領域４７ａ上に形成する。マスク５３は、絶縁体領域４７ａの開口５１に位置合わせされた開口５３ａを有する。窒化ガリウム系半導体領域４１にショットキ接合を成す導電膜を窒化ガリウム系半導体領域４１、絶縁体領域４７ａおよびマスク５３上に堆積する。導電膜としては、例えばＡｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ等を用いることができる。
【００２９】
堆積の後に、図３（ｂ）に示されるように、例えばリフトオフ法を用いてショットキ電極５５を形成する。ショットキ電極５５は、ショットキ接合導体部５５ａおよびオーバーラップ導体部５５ｂを含む。また、ショットキ接合導体部５５ａは、窒化ガリウム系半導体領域４１上に位置しており、絶縁体領域４７ａの開口５１に設けられている。オーバーラップ導体部５５ｂは絶縁体領域４７ａに位置している。絶縁体領域４７ａは、開口５１を規定しひさし形状を有する縁部４７ｂを含む。ひさしの下に空洞５７が設けられており、これによって、ショットキ電極５５および絶縁体領域４７が窒化ガリウム系半導体領域４１のエリア４１ｃを覆っていない。ショットキ電極５５は空洞５７によって絶縁体領域４７ａから離されているので、空洞５７によって、ショットキ接合５９ａと界面（窒化ガリウム系半導体と絶縁体との接合）５９ｂが接続されない。
【００３０】
このショットキバリアダイオード６１によれば、ひさしの下の空隙５７においてショットキ電極５５は絶縁体領域４７から離れているので、窒化ガリウム系半導体領域４１の表面の一部が、絶縁体領域４７ａによって覆われていない。絶縁体領域４７ａと窒化ガリウム系半導体領域４１との界面５９ｂが開口５１の縁において終端するので、この界面５９ｂを介してショットキ接合導体部５５ａが他の導体と接続されることはない。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次いで、図４および図５を参照しながら、窒化物半導体素子の一例であるショット電極を有するトランジスタを説明する。図４は、本発明に係る窒化物半導体素子の一例である高電子移動度トランジスタのための主要な製造工程を示す図面である。
【００３２】
図４（ａ）に示されるように、基板７１上に第１の窒化ガリウム系半導体膜７３および第２の窒化ガリウム系半導体膜７５を形成する。第１の窒化ガリウム系半導体膜７３および第２の窒化ガリウム系半導体膜７５はヘテロ接合７７ａを成しており、また第１の窒化ガリウム系半導体膜７３のバンドギャップは第２の窒化ガリウム系半導体膜７５のバンドギャップより小さい。第１の窒化ガリウム系半導体膜７３には、ヘテロ接合７７ａに沿って二次元電子ガス７７ｂが形成される。第１の窒化ガリウム系半導体膜７３としては例えばＧａＮであり、また第２の窒化ガリウム系半導体膜７５としては例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮであり、また、ＩｎＡｌＮといったIII族窒化物半導体膜であることもできる。第２の窒化ガリウム系半導体膜７５上には、第１の実施の形態と同様に、シリコン系化合物膜４３、４５からなる絶縁体領域４７を形成する。膜４３、４５としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、ＳｉＯＮ等を用いることができる。基板７１は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ等のIII族窒化物からなることができる。基板７１として、例えば半絶縁性を示すものを使用できる。
【００３３】
図４（ｃ）に示されるように、トランジスタの素子分離のためのメサ分離を可能にしメサ領域８１を規定するマスク７９ａを形成する。マスク７９ａを用いて、シリコン系化合物膜４３、４５をエッチングして、シリコン系化合物膜４３ｃ、４５ｃからなる絶縁体領域４７ｃを形成する。シリコン系化合物膜のエッチングは、例えばウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。マスク７９ａを除去する。この後に、第１の窒化ガリウム系半導体膜７３および第２の窒化ガリウム系半導体膜７５をエッチングして、第１および第２の窒化ガリウム系半導体膜７３ｃ、７５ｃを含むメサ８１を形成する。メサ８１は基板７１ｃ上に設けられる。窒化ガリウム系半導体のエッチングは、例えばドライエッチングを用いることができる。
【００３４】
図５（ａ）に示されるように、トランジスタのソース電極およびドレイン電極を形成するためのマスク７９ｂを形成する。マスク７９ｂは、ソース電極およびドレイン電極の位置に対応するように設けられた開口を有する。マスク７９ｂを用いて、シリコン系化合物膜４３ｃ、４５ｃをエッチングして、開口を有するシリコン系化合物膜４３ｄ、４５ｄを形成する。メサ領域８１の表面は部分的に露出する。次いで、ソース電極およびドレイン電極のための導電膜をマスク７９ｂおよびメサ領域８１上に形成する。この形成のために、例えば蒸着法を用いることができる。
【００３５】
図５（ｂ）に示されるように、導電膜の形成後に、例えばリフトオフ法を用いてソース電極およびドレイン電極のための導電体を形成する。合金化処理を施して、メサ領域８１にオーミック接合を成すソース電極８３ａおよびドレイン電極８３ｂを形成する。
【００３６】
図５（ｃ）に示されるように、トランジスタのゲート電極を形成するためのマスク７９ｃを形成する。マスク７９ｃは、ゲート電極の位置に合わせた開口を有する。マスク７９ｃを用いて、第１の実施の形態における図２（ｂ）および図２（ｃ）に示されるように、シリコン系化合物膜４３ｃ、４５ｃをエッチングする。図５（ｃ）および図６（ａ）では、マスク７９ｃを用いてシリコン系化合物膜４３ｄ、４５ｄをエッチングして、開口を有する絶縁体領域４７ｅを形成する。絶縁体領域４７ｅは、それぞれの開口を有するシリコン系化合物膜４３ｅ、４５ｅを含む。この開口には、メサ領域８１の表面が部分的に露出している。
【００３７】
一実施例では、互いに膜質の異なるケイ素系膜をバッファードフッ酸を用いてエッチングする。下層のケイ素系膜のエッチングレートが上層のケイ素系膜より大きいので、上層のケイ素系膜が開口に延出する庇を形成する。シリコン系化合物膜４３ｄ、４５ｄのエッチングが完了した後に、マスク７９ｃを除去する。
【００３８】
メサ領域８１は、露出したエリア８１ａと、エッチングされた絶縁体領域４７ｅで覆われたエリア８１ｂと、エリア８１ａとエリア８１ｂとの間に位置するエリア８１ｃとを含む。エリア８１ｃは帯形状を有する。本工程においては、エリア８１ｃは絶縁体領域４７ｅで覆われていない。
【００３９】
次いで、ショットキ電極を形成する。例えば、まず、図６（ｂ）に示されるように、ショットキ電極のためのマスク７９ｄを絶縁体領域４７ｅ上に形成する。マスク７９ｄは、絶縁体領域４７ｅの開口に位置合わせされた開口８５を有する。窒化ガリウム系半導体領域７５ｃ、絶縁体領域４７ｅおよびマスク７９ｄ上に、窒化ガリウム系半導体領域７５ｃにショットキ接合を形成するための導電膜を堆積する。導電膜としては、例えばＡｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ等を用いることができる。
【００４０】
堆積の後に、図６（ｃ）に示されるように、例えばリフトオフ法を用いてショットキ電極８７を形成する。ショットキ電極８７は、ショットキ接合導体部８７ａおよびオーバーラップ導体部８７ｂを含む。また、ショットキ接合導体部８７ａは、窒化ガリウム系半導体領域７５ｃ上に位置しており、また絶縁体領域４７ｅの開口に設けられている。オーバーラップ導体部８７ｂは絶縁体領域４７ｅ上に位置している。絶縁体領域４７ｅは、ひさし形状を有する縁部４７ｆを含む。庇の下には空洞８９が設けられており、これによって、ショットキ電極８７および絶縁体領域４７ｅがメサ領域８１のエリア８１ｃを覆っていない。ショットキ電極８７は空洞８９によって絶縁体領域４７ｅから離されているので、空洞８９によって、ショットキ接合９１ａと界面（窒化ガリウム系半導体と絶縁体との接合）９１ｂが接続されない。このため、ひさしの下の空洞８９においてゲート電極８７は絶縁体領域４７ｅから離れているので、窒化ガリウム系半導体からなるメサ領域８１の表面８１ｃが、絶縁体領域４７ｅによって覆われていない。絶縁体領域４７ｅとメサ領域８１との界面９１ｂが開口の縁において終端するので、この界面９１ｂを介してショットキ接合導体部８７ａが他の導体（例えば、ソース電極またはドレイン電極）と接続されない。界面９１ｂは潜在的なリーク経路であるけれども、ひさしの下の空洞８９によって界面９１ｂが電極８７に接触しない。また、絶縁体領域４７ｅには、ゲート電極８７のオーバーラップ導体部８７ｂが位置するので、絶縁体領域４７ｅはフィールドプレートをして利用されている。フィールドプレート構造を有する横型構造半導体デバイス、例えば高電子移動度トランジスタでは、界面９１ｂを流れるリーク電流を低減することが求められる。貫通転位はウエハの表面から裏面へ貫通するけれども、ゲート電極８７に隣接して空洞８９を設けることによって界面リーク電流を低減できる。
【００４１】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明に係る窒化物半導体素子の一例であるショットキバリアダイオードの構造を示す図面である。
【図２】図２は絶縁体領域に庇を形成するための処理工程を示す図面である。
【図３】図３（ａ）は、ショットキ電極のためのマスクを形成する工程を示す図面である。図３（ｂ）は、ショットキバリアダイオードのショットキ電極を形成する工程を示す図面である。
【図４】図４（ａ）は、高電子移動度トランジスタを作製する工程フローにおける、ヘテロ接合のための窒化ガリウム系半導体膜および絶縁体領域を基板上に形成する工程を示す図面である。図４（ｂ）は、素子分離のためのマスクを形成する工程と示す図面である。図４（ｃ）は、素子分離のためのエッチングを行う工程と示す図面である。
【図５】図５（ａ）は、高電子移動度トランジスタを作製する工程フローにおける、ソース電極およびドレイン電極のためのマスクを形成する工程を示す図面である。図５（ｂ）は、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を示す図面である。図５（ｃ）は絶縁体領域に庇を形成するためのエッチング工程を示す図面である。
【図６】図６（ａ）は、高電子移動度トランジスタを作製する工程フローにおける、絶縁体領域に庇を形成する工程を示す図面である。図６（ｂ）は、ゲート電極のためのマスクを形成する工程を示す図面である。図６（ｃ）は、高電子移動度トランジスタの構造を示す図面である。
【符号の説明】
【００４３】
１１…ショットキバリアダイオード、１３…窒化ガリウム系半導体領域、１３ｂ、１３ｃ…窒化ガリウム系半導体領域１３のエリア、１５…絶縁体領域、１７…第１の電極、１７ａ…ショットキ接合導体部、１７ｂ…オーバーラップ導体部、
２３…空隙、２４…ショットキ接合、２５…窒化ガリウム系半導体と絶縁体との界面、２７…III族窒化物支持基体、２９…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、３３…第１の絶縁層、３３ａ…絶縁層の縁、３５…第２の絶縁層、３５ａ…延出部、４１…窒化ガリウム系半導体領域、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ…窒化ガリウム系半導体領域のエリア、４３、４５、４３ｃ、４５ｃ、４３ｄ、４５ｄ、４３ｅ、４５ｅ…シリコン系化合物膜、４７、４７ａ、４７ｃ、４７ｅ…絶縁体領域、４７ｆ…ひさし形状を有する縁部、４９…マスク、５１…開口、５３…マスク、５５…ショットキ電極、５５ａ…ショットキ接合導体部、５５ｂ…オーバーラップ導体部、５７…空洞、５９ａ…ショットキ接合、５９ｂ…窒化ガリウム系半導体と絶縁体との界面、７１、７１ｃ…基板、７３、７５、７３ｃ、７５ｃ…窒化ガリウム系半導体膜、７７ａ…ヘテロ接合、７７ｂ…二次元電子ガス、７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄ…マスク、８１…メサ領域、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ…メサ領域のエリア、８３ａ…ソース電極、８３ｂ…ドレイン電極、８７…ショットキ電極、８７ａ…ショットキ接合導体部、８７ｂ…オーバーラップ導体部、８９…空洞、９１ａ…ショットキ接合、９１ｂ…窒化ガリウム系半導体と絶縁体との界面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のエリアを含む主面を有する窒化ガリウム系半導体領域と、
前記窒化ガリウム系半導体領域の前記第１のエリアを覆うと共に前記第２のエリアに設けられた開口を有する絶縁体領域と、
前記絶縁体領域の前記開口に設けられ前記窒化ガリウム系半導体領域に位置するショットキ接合導体部と、前記絶縁体領域上に設けられたオーバーラップ導体部とを含む第１の電極と
を備え、
前記絶縁体領域は前記開口を規定しひさし形状を有する縁部を含み、
前記第１の電極および前記絶縁体領域が前記窒化ガリウム系半導体領域の表面を部分的に覆わないように、前記ひさしの下に空隙が設けられている、ことを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記絶縁体領域は、第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に設けられた第２の絶縁層とを含み、
前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層の縁よりも前記開口に延出して前記ひさしを形成する延出部を有し、
前記第１の絶縁層は第１のシリコン系無機化合物からなり、
前記第２の絶縁層は前記第１のシリコン系無機化合物と異なる第２のシリコン系無機化合物からなる、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記窒化ガリウム系半導体領域を搭載するIII族窒化物支持基体と、
前記III族窒化物支持基体の裏面に設けられたカソード電極と
を更に備え、
前記窒化ガリウム系半導体領域は、前記ショットキ接合導体部とショットキ接合を成すｎ型窒化ガリウム系半導体層を含み、
当該窒化物半導体素子はショットキバリアダイオードを含み、
このショットキバリアダイオードのアノードは前記第１の電極を含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記窒化ガリウム系半導体領域の前記主面は、前記第１および第２のエリアと異なる第３のエリアを含み、
前記窒化ガリウム系半導体領域は、二次元電子ガスを生成可能なヘテロ接合を含み、
前記絶縁体領域は前記第３のエリアに位置する別の開口を有し、
当該窒化物半導体素子は、前記別の開口に設けられ前記第３のエリアにオーミック接合を成す第２の電極を更に備え、
当該窒化物半導体素子はトランジスタを含み、
前記第１の電極は前記トランジスタのゲート電極であり、
前記第２の電極は前記トランジスタのソース電極およびドレイン電極のいずれか一方である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された窒化物半導体素子。
【請求項１】
第１および第２のエリアを含む主面を有する窒化ガリウム系半導体領域と、
前記窒化ガリウム系半導体領域の前記第１のエリアを覆うと共に前記第２のエリアに設けられた開口を有する絶縁体領域と、
前記絶縁体領域の前記開口に設けられ前記窒化ガリウム系半導体領域に位置するショットキ接合導体部と、前記絶縁体領域上に設けられたオーバーラップ導体部とを含む第１の電極と
を備え、
前記絶縁体領域は前記開口を規定しひさし形状を有する縁部を含み、
前記第１の電極および前記絶縁体領域が前記窒化ガリウム系半導体領域の表面を部分的に覆わないように、前記ひさしの下に空隙が設けられている、ことを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記絶縁体領域は、第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に設けられた第２の絶縁層とを含み、
前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層の縁よりも前記開口に延出して前記ひさしを形成する延出部を有し、
前記第１の絶縁層は第１のシリコン系無機化合物からなり、
前記第２の絶縁層は前記第１のシリコン系無機化合物と異なる第２のシリコン系無機化合物からなる、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記窒化ガリウム系半導体領域を搭載するIII族窒化物支持基体と、
前記III族窒化物支持基体の裏面に設けられたカソード電極と
を更に備え、
前記窒化ガリウム系半導体領域は、前記ショットキ接合導体部とショットキ接合を成すｎ型窒化ガリウム系半導体層を含み、
当該窒化物半導体素子はショットキバリアダイオードを含み、
このショットキバリアダイオードのアノードは前記第１の電極を含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記窒化ガリウム系半導体領域の前記主面は、前記第１および第２のエリアと異なる第３のエリアを含み、
前記窒化ガリウム系半導体領域は、二次元電子ガスを生成可能なヘテロ接合を含み、
前記絶縁体領域は前記第３のエリアに位置する別の開口を有し、
当該窒化物半導体素子は、前記別の開口に設けられ前記第３のエリアにオーミック接合を成す第２の電極を更に備え、
当該窒化物半導体素子はトランジスタを含み、
前記第１の電極は前記トランジスタのゲート電極であり、
前記第２の電極は前記トランジスタのソース電極およびドレイン電極のいずれか一方である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された窒化物半導体素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２５８５０４（Ｐ２００８−２５８５０４Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１００９４７（Ｐ２００７−１００９４７）
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月６日（２００７．４．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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