JP2008147278A - Field effect transistor - Google Patents

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Masaki Kobayashi
正樹 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor capable of suppressing failure such as deterioration in output characteristics and obtaining good reliability. <P>SOLUTION: The field effect transistor includes an operating region 2 formed on a compound semiconductor substrate 1; gate electrodes 3 formed on the operating region 2; source electrodes 4 and drain electrodes 5 alternately formed on the operating region 2 with the gate electrode 3 sandwiched; a source pad 8 and a drain pad 9 to be used for connection to an external circuit; an air bridge 10 for connecting the source electrodes 4, electrodes 5, the source pad 8 and the drain pad 9; and slits 11 formed in the longitudinal direction of the source electrode 4 or the drain electrode 5 at least on the operating region side of the source electrode 4 or the drain electrode 5. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばGaAsなどの化合物半導体装置であり、エアブリッジ構造を有する電界効果トランジスタに関する。   The present invention relates to a compound semiconductor device such as GaAs, for example, and relates to a field effect transistor having an air bridge structure.

近年、インバータ回路やスイッチング素子の高機能化に伴い、電界効果トランジスタ(以下Field Effect Transistor:FETと記す)において、さらなる高周波特性、信頼性の向上が要求されている。   In recent years, with higher functionality of inverter circuits and switching elements, field effect transistors (hereinafter referred to as Field Effect Transistors: FETs) are required to further improve high-frequency characteristics and reliability.

例えば、ソース電極とドレイン電極を交互に配置したインターデジタル型構造のGaAsFETにおいて、動作領域を横切るように形成される複数のゲート電極と接続され、動作領域と平行に形成されるゲート配線と、動作領域上に形成されたソース電極あるいはドレイン電極とボンディングパッドを接続するソース/ドレイン配線が形成される。このとき、ゲート配線とソース/ドレイン配線が交差してしまうが、これらを絶縁するために、空隙を介して上層配線を形成するエアブリッジ構造が採られている(例えば特許文献1など参照)。   For example, in an interdigital structure GaAsFET in which source electrodes and drain electrodes are alternately arranged, a gate wiring connected to a plurality of gate electrodes formed so as to cross the operation region and formed in parallel with the operation region, and an operation Source / drain wirings connecting the source electrode or drain electrode formed on the region and the bonding pad are formed. At this time, the gate wiring and the source / drain wiring cross each other. In order to insulate them, an air bridge structure in which an upper wiring is formed through a gap is adopted (for example, see Patent Document 1).

このようなエアブリッジ構造において、ソース/ドレイン電極として、動作領域上に例えばPt/AuGeなどのメタル層によりオーミックコンタクトを形成した後、例えばAu/Pt/Tiなどのメタル層が積層されている。そして、これらメタル層上全面とソース/ドレインボンディングパッド上およびこれらを接続する領域に、例えばAuの単層メッキ層を形成する。このようにして形成されたエアブリッジを構成するAuは、GaAs基板より熱膨張率が大きいため、メッキ形成温度(例えば60℃)から、通電温度(例えば加速評価条件の225℃)や、非通電時の温度(例えば常温25℃)のように温度が変動することにより、エアブリッジにおいて、熱膨張、熱収縮が生じる。そして、このような熱膨張、熱収縮により、動作領域に圧縮応力、引張り応力といった大きな内部応力が発生する。そのため、出力特性や、上層に形成されるパシベーション膜が劣化するなどの不具合が生じ、良好な信頼性を得ることが困難であるという問題がある。   In such an air bridge structure, an ohmic contact is formed as a source / drain electrode with a metal layer such as Pt / AuGe on the operation region, and then a metal layer such as Au / Pt / Ti is stacked thereon. Then, for example, an Au single layer plating layer is formed on the entire surface of the metal layer, the source / drain bonding pads, and the region connecting them. Since the Au constituting the air bridge formed in this way has a larger coefficient of thermal expansion than the GaAs substrate, it is possible to change from the plating temperature (for example, 60 ° C.) to the energized temperature (for example, 225 ° C. for acceleration evaluation conditions) When the temperature fluctuates like the time temperature (for example, normal temperature 25 ° C.), thermal expansion and thermal contraction occur in the air bridge. Due to such thermal expansion and contraction, large internal stresses such as compressive stress and tensile stress are generated in the operating region. As a result, problems such as output characteristics and deterioration of the passivation film formed in the upper layer occur, and it is difficult to obtain good reliability.

これまで、組み立て時に半導体素子内に発生する応力を緩和するために、単位セル間にスリットを設けるなどの手法が用いられている(例えば特許文献2など参照)。しかしながら、エアブリッジにおいて発生する応力について言及したものではない。
特開平9−8064号公報(図1など) 特開平7−288299号公報(図1など)
Until now, in order to relieve the stress generated in the semiconductor element at the time of assembly, a method such as providing a slit between unit cells has been used (see, for example, Patent Document 2). However, it does not mention the stress generated in the air bridge.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-8064 (FIG. 1 etc.) JP-A-7-288299 (FIG. 1 and the like)

本発明は、出力特性劣化などの不具合の発生を抑え、良好な信頼性を得ることが可能な電界効果トランジスタを提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to provide a field effect transistor capable of suppressing occurrence of problems such as deterioration of output characteristics and obtaining good reliability.

本発明の一態様によれば、化合物半導体基板に形成される動作領域と、動作領域上に形成されるゲート電極と動作領域上にゲート電極を挟んで交互に形成されるソース電極およびドレイン電極と、外部回路と接続されるためのソースパッドおよびドレインパッドと、ソース電極、ドレイン電極と、ソースパッド、ドレインパッド間をそれぞれ接続するエアブリッジと、ソース電極またはドレイン電極の少なくとも動作領域側に、ソース電極またはドレイン電極の長手方向に形成されるスリットを備えることを特徴とする電界効果トランジスタが提供される。   According to one embodiment of the present invention, an operation region formed in a compound semiconductor substrate, a gate electrode formed on the operation region, and a source electrode and a drain electrode formed alternately on the operation region with the gate electrode interposed therebetween A source pad and a drain pad for connection to an external circuit, a source electrode, a drain electrode, an air bridge for connecting the source pad and the drain pad, and a source at least on the operation region side of the source electrode or the drain electrode A field effect transistor comprising a slit formed in the longitudinal direction of an electrode or a drain electrode is provided.

本発明の一実施態様によれば、電界効果トランジスタにおいて、出力特性劣化などの不具合の発生を抑え、良好な信頼性を得ることが可能となる。   According to one embodiment of the present invention, in a field effect transistor, it is possible to suppress occurrence of defects such as output characteristic deterioration and to obtain good reliability.

以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1に本実施形態のFET素子の平面図を、図2にそのA−A’断面図を示す。図に示すように、GaAsなど化合物半導体からなる基板1に、動作領域2が形成され、この動作領域2上に、ゲート電極3が形成されている。そして、動作領域2上に、ゲート電極3を挟んで交互にソース電極4、ドレイン電極5が形成されている。ゲート電極3は、ゲート配線6を介して外部とボンディングされ入出力するためのゲートパッド7と接続されている。そして、ゲートパッド7側にソースパッド8が形成され、ゲートパッド7およびソースパッド8と、動作領域2を挟んで反対側にドレインパッド9が形成されている。さらに、ゲート配線6或いはSiN層などのパシベーション膜(図示せず)と接することなく、ソース電極4とソースパッド8、ドレイン電極5とドレインパッド9を接続するように、例えばAu単層メッキから構成されるエアブリッジ10が形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view of the FET element of the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′. As shown in the figure, an operation region 2 is formed on a substrate 1 made of a compound semiconductor such as GaAs, and a gate electrode 3 is formed on the operation region 2. Then, the source electrode 4 and the drain electrode 5 are alternately formed on the operation region 2 with the gate electrode 3 interposed therebetween. The gate electrode 3 is bonded to the outside through a gate wiring 6 and connected to a gate pad 7 for input / output. A source pad 8 is formed on the gate pad 7 side, and a drain pad 9 is formed on the opposite side of the operation region 2 with respect to the gate pad 7 and the source pad 8. Further, for example, Au single layer plating is used so that the source electrode 4 and the source pad 8 and the drain electrode 5 and the drain pad 9 are connected without contacting a passivation film (not shown) such as the gate wiring 6 or the SiN layer. An air bridge 10 is formed.

ソース電極4、ドレイン電極5は、それぞれPt/AuGeなどのメタルを積層してアロイ化したオーミック電極4a、5aと、Au/Pt/Tiなどのメタルを積層して形成されたパッド電極4b、5bから構成されている。そして、これらの長手方向に、オーミック電極4a、5a、パッド電極4b、5bを分割するスリット11が形成されている。   The source electrode 4 and the drain electrode 5 are respectively ohmic electrodes 4a and 5a formed by stacking metals such as Pt / AuGe and pad electrodes 4b and 5b formed by stacking metals such as Au / Pt / Ti. It is composed of In these longitudinal directions, slits 11 for dividing the ohmic electrodes 4a and 5a and the pad electrodes 4b and 5b are formed.

このような構造により、温度の変動によりAu層の熱膨張、熱収縮が生じて、電極内に応力が発生した場合に、電極内の応力を緩和することができる。そして、出力特性やパシベーション膜の劣化を抑え、FETの信頼性を確保することが可能となる。   With such a structure, when stress is generated in the electrode due to thermal expansion and contraction of the Au layer due to temperature fluctuation, the stress in the electrode can be relaxed. And it becomes possible to suppress degradation of output characteristics and a passivation film, and to ensure the reliability of FET.

これは、エアブリッジ10を構成するAu単層メッキ(Au配線)の幅が、信頼性に大きく影響する、すなわち、Au配線幅が閾値より大きくなると、通電試験前後における出力値変動量などで評価される信頼性が劣化する、という新たな知見から見出されたものである。これは、Au配線幅が大きくなることにより、温度の変動によるAu層の熱膨張、熱収縮に起因する幅方向に加わる応力が、オーミック電極のコンタクト部分に影響を及ぼすのが原因であると考えられる。   This is evaluated by the output value fluctuation amount before and after the energization test when the width of the Au single layer plating (Au wiring) constituting the air bridge 10 greatly affects the reliability, that is, when the Au wiring width exceeds the threshold value. It was discovered from the new knowledge that the reliability to be deteriorated. It is thought that this is because the stress applied in the width direction due to thermal expansion and contraction of the Au layer due to temperature fluctuations affects the contact portion of the ohmic electrode due to the increase of the Au wiring width. It is done.

本実施形態において形成されるスリットは、そして、幅が実質的にゲート電極幅以上で、ソース電極またはドレイン電極の幅の1/3以下であることが好ましい。実質的にゲート電極幅未満であると、スリットを歩留り良くパターニングすることが困難であり、電極幅の1/3を超えると、電流動作などに影響を与えてしまう。   The slit formed in this embodiment preferably has a width substantially equal to or larger than the gate electrode width and equal to or smaller than 1/3 of the width of the source electrode or drain electrode. If the width is substantially less than the gate electrode width, it is difficult to pattern the slit with a high yield, and if it exceeds 1/3 of the electrode width, the current operation is affected.

また、ソース電極、ドレイン電極において、オーミック電極は、スリットにより完全に分割にされていることが好ましい。さらに、パッド電極の少なくとも一部にスリットが形成されていることが好ましく、パッド電極も完全に分割されていることがより好ましい。また、このようなスリットは、電極の中心部に設けられることが好ましい。   In addition, in the source electrode and the drain electrode, it is preferable that the ohmic electrode is completely divided by a slit. Furthermore, it is preferable that a slit is formed in at least a part of the pad electrode, and it is more preferable that the pad electrode is also completely divided. Moreover, it is preferable that such a slit is provided in the center part of an electrode.

このような構成は、HEMT(High Electron Mobility Transistor)の他、MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)や、MISFET(Metal insulator semiconductor field effect transistor)などのFETなどにおいて適用することが可能である。   Such a configuration can be applied to HEMT (High Electron Mobility Transistor), MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor), and MISFET (Metal Insulator Semiconductor).

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. Various other modifications can be made without departing from the scope of the invention.

本発明の一態様によるFET素子の平面図。1 is a plan view of an FET element according to one embodiment of the present invention. 図1のA−A’断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2…動作領域、3…ゲート電極、4…ソース電極、5…ドレイン電極、6…ゲート配線、7…ゲートパッド、8…ソースパッド、9…ドレインパッド、10…エアブリッジ、11…スリット   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Operation area, 3 ... Gate electrode, 4 ... Source electrode, 5 ... Drain electrode, 6 ... Gate wiring, 7 ... Gate pad, 8 ... Source pad, 9 ... Drain pad, 10 ... Air bridge, 11 …slit

Claims (5)

化合物半導体基板に形成される動作領域と、
前記動作領域上に形成されるゲート電極と、
前記動作領域上に前記ゲート電極を挟んで交互に形成されるソース電極およびドレイン電極と、
外部回路と接続されるためのソースパッドおよびドレインパッドと、
前記ソース電極、前記ドレイン電極と、前記ソースパッド、前記ドレインパッド間をそれぞれ接続するエアブリッジと、
前記ソース電極または前記ドレイン電極の少なくとも前記動作領域側に、前記ソース電極または前記ドレイン電極の長手方向に形成されるスリットを備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
An operating region formed in the compound semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the operating region;
A source electrode and a drain electrode alternately formed on the operation region with the gate electrode interposed therebetween;
A source pad and a drain pad for connection to an external circuit;
An air bridge connecting between the source electrode, the drain electrode, the source pad, and the drain pad;
A field effect transistor comprising a slit formed in a longitudinal direction of the source electrode or the drain electrode at least on the operation region side of the source electrode or the drain electrode.
前記ソース電極または前記ドレイン電極は、それぞれ前記動作領域上に形成されるオ−ミック電極を備え、このオーミック電極は、前記スリットにより分割されることを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。   2. The field effect transistor according to claim 1, wherein each of the source electrode and the drain electrode includes an ohmic electrode formed on the operation region, and the ohmic electrode is divided by the slit. . 前記ソース電極または前記ドレイン電極は、前記オーミック電極上に形成されるパッド電極を備え、このパッド電極は、前記スリットにより分割されることを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 2, wherein the source electrode or the drain electrode includes a pad electrode formed on the ohmic electrode, and the pad electrode is divided by the slit. 前記スリット幅は、実質的に前記ゲート電極幅以上で、前記ソース電極または前記ドレイン電極の幅の1/3以下であることを特徴とする請求項1乃至3に記載の電界効果トランジスタ。   4. The field effect transistor according to claim 1, wherein the slit width is substantially equal to or larger than the gate electrode width and equal to or smaller than 1/3 of the width of the source electrode or the drain electrode. 前記エアブリッジは、Au層を備えることを特徴とする請求項1乃至4に記載の電界効果トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 1, wherein the air bridge includes an Au layer.
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