JP2010067693A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】装置の性能の劣化を抑制することができる半導体装置を提供すること。
【解決手段】ＳｉＣ基板１１と、このＳｉＣ基板１１上に形成されたＡｌＧａＮ層１３と、このＡｌＧａＮ層１３上にそれぞれ離間して形成されたソース電極１５及びドレイン電極１４と、これらのソース電極１５、ドレイン電極１４間に形成され、ソース電極１５及びドレイン電極１４に対して平行な開口部１６を有する第１の絶縁膜１７と、この第１の絶縁膜１７の開口部１６に形成されたゲート電極１８と、このゲート電極１８が形成された第１の絶縁膜１７上に形成された第２の絶縁膜１９と、この第２の絶縁膜１９及びソース電極１５上に形成され、ドレイン電極１４側の端部２０１が、第２の絶縁膜１９と離間したソースフィールドプレート電極２０と、を具備する半導体装置。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、高周波帯で動作する半導体装置に関する。
ＧａＮなどの化合物半導体を用いた電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、優れた高周波特性を有しており、マイクロ波帯で動作する半導体装置として、広く実用化されている。
このＦＥＴは、例えば以下のような構造である。すなわち、半導体基板に形成された動作層上に、ソース電極及びドレイン電極が離間して形成されており、これらソース電極とドレイン電極との間には、これらの電極に対して平行な開口を有する第１の絶縁膜が形成されている。この開口にはゲート電極が形成されており、ゲート電極が形成された第１の絶縁膜上には、第２の絶縁膜が形成されている。この第２の絶縁膜上及びソース電極上には、ソースフィールドプレート電極が形成されている。このソースフィールドプレート電極は、ソース電極上からドレイン電極近傍まで形成されている。（例えば、特許文献１等参照）。
上述のＦＥＴは、ソース電極側部からドレイン電極側に向かってソースフィールドプレート電極が形成されている。従って、ソース電極のドレイン側端部での電界集中を緩和することができるため、耐圧性に優れたFETを実現することができる。ここで、ソースフィールドプレート電極は、上述のようにソース電極のドレイン側端部での電界集中を緩和することができる一方で、フィールドプレート電極とドレイン電極との間隔が狭くなるため、ソースフィールドプレート電極とドレイン電極と間に形成される絶縁膜が破壊され、装置の性能が低下するという問題がある。従って、ソースフィールドプレート電極の寸法を精度よく形成することは、極めて重要である。
このように、精度よくソースフィールドプレート電極を形成する方法として、以下の方法が知られている。すなわち、半導体装置のソースフィールドプレート電極の形成において、オーバーハング状の開口を有するレジスト層を用いて金属蒸着することで一体形成する方法である（例えば、特許文献２等参照）。
これは、ゲートフィールドプレート電極を精度よく形成する方法であるが、上述のように、オーバーハング状の開口を有するレジスト層を用いて金属蒸着することで、開口部に蒸着される金属と、レジスト層上に蒸着される金属とを離間して蒸着することができるため、レジスト層の除去とともにこの上に蒸着された不要の金属も除去することができる。従って、精度よくゲートフィールドプレート電極を形成することが可能である。
しかし、上述のゲートフィールドプレート電極の形成方法を適用してソースフィールドプレート電極を形成する場合、オーバーハング形状の開口を有するレジスト層を用いて金属蒸着する際に、ソースフィールドプレート電極の端部とレジスト層の開口の側壁との間に隙間があるため、蒸着金属の開口に対する斜め入射成分及び、開口部に蒸着された金属が、上述の隙間に流れることによって、ソースフィールドプレート電極の端部に、薄い裾引き部が形成されてしまう。従って、従来は、精度よくフィールドプレート電極を形成することは困難であり、これによる装置の性能の劣化が問題であった。
特表２００７−５３７５９４号公報 特開平１０−１３５２３９号公報
本発明の課題は、装置の性能の劣化を抑制することができる半導体装置を提供することにある。
本発明による半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板上に形成された動作層と、この動作層上にそれぞれ離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、これらのソース電極、ドレイン電極間に形成され、ソース電極及びドレイン電極に対して平行な開口を有する第１の絶縁膜と、この第１の絶縁膜の開口に形成されたゲート電極と、このゲート電極が形成された第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、この第２の絶縁膜及びソース電極上に形成され、ドレイン電極側端部が、第２の絶縁膜と離間したソースフィールドプレート電極と、を具備することを特徴とするものである。
また、本発明による半導体装置の製造方法は、ソース電極、ドレイン電極を有する半導体基板の動作層上に形成されたゲート電極の両端の第１の絶縁膜上に、第２の絶縁膜を形成し、この第２の絶縁膜が形成された装置表面に、開口部がテーパ状の第１の開口を有する第１のレジスト層を形成し、この第１の開口上に、第１の開口より大きくかつ、開口部がオーバーハング状の第２の開口が形成された第２のレジスト層を第１のレジスト層上に形成し、この第２の開口を有する第２のレジスト層上から金属を蒸着することでソースフィールドプレート電極を形成し、金属蒸着後、第１のレジスト層及び第２のレジスト層を除去することを特徴とする方法である。
本発明によれば、装置の性能の劣化を抑制することができる半導体装置を提供することができる。
以下に、本発明の実施形態について図１〜図７を参照して説明する。
図１Ａは、本実施形態に係る半導体装置を示す上面図であり、図１Ｂは、図１Ａの破線Ａ−Ａ´構造断面図である。
図１Ｂに示すように、本実施形態に示す半導体装置は、ＳｉＣ基板１１上にＧａＮバッファ層１２が形成され、このＧａＮバッファ層１２上には動作層であるＡｌＧａＮ層１３が形成されている。このＡｌＧａＮ層１３上には、このＡｌＧａＮ層１３とそれぞれオーミック接合されるドレイン電極１４、ソース電極１５が互いに離間して形成されており、これらドレイン電極１４及びソース電極１５は、例えばＴｉ/Ａｌ/Ｎｉ/Ａｕで形成されている。また、ＡｌＧａＮ層１３上において、ドレイン電極１４及びソース電極１５の周囲には、第１の絶縁膜１７が形成されている。この第１の絶縁膜１７は、ドレイン電極１４及びソース電極１５間において、これらの電極１４、１５に対して平行な開口部１６を有しており、この開口部１６には、ゲート電極１８が形成されている。このゲート電極１８は、例えばＮｉ/Ａｕで形成されており、ＡｌＧａＮ層１３との接触箇所においては、ショットキー接合している。このゲート電極１８の側部には、それぞれドレイン電極１４側及びソース電極１５側にかけて、ゲートフィールドプレート電極１８１が形成されている。ゲート電極１８及びゲートフィールドプレート電極１８１が形成された第１の絶縁膜１７上には、図１Ａに示すように、第１の絶縁膜１７と同様に、ドレイン電極１５及びソース電極１４の周囲を覆うように、第２の絶縁膜１９が形成されている。この第２の絶縁膜１９上及びソース電極１５上には、ソースフィールドプレート電極２０が形成されている。このソースフィールドプレート電極２０は、例えばTｉ/Pt/Ａｕで形成されており、この電極２０の端部２０１は、ソース電極１５上からドレイン電極１４の近傍まで形成されている。このようなソースフィールドプレート電極２０は、表面保護層２１で覆われている。この表面保護層２１は、ドレイン電極１４の一部及び、このドレイン電極１４上の一部に形成された電極パッド２２の一部にまで形成されている。
ここで、本実施形態に係る半導体装置のソースフィールドプレート電極２０は、この電極２０の端部２０１が、第２の絶縁膜１９と離間して形成されている。このとき、第２の絶縁膜１９の表面とソースフィールドプレート電極２０の端部２０１とで形成される角度θは、例えば６０°である。また、この端部２０１は、この端部２０１の下方にドレイン電極１４がない領域に形成されている。言い換えれば、ソースフィールドプレート電極２０の端部２０１は、第２の絶縁膜２０１の上方に形成されている。
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図２〜図７を参照して説明する。なお、本実施形態においては、ソースフィールドプレート電極２０に特徴を有するため、ソースフィールドプレート電極２０の製造方法を中心に説明する。
初めに、図２に示すように、ソース電極１５、ドレイン電極１４を有するＳｉＣ基板１１のＡｌＧａＮ層１３上に第１の絶縁膜１７を形成し、この第１の絶縁膜１７にゲート電極１８を形成するための開口１６を形成した後、図２に示すようなオーバーハング状の開口を有する第１のレジスト層２３を形成して、Ｎｉ、Ａｕをこの順で蒸着する。
次に、図３に示すように、第１のレジスト層２３を除去することでゲート電極１８及び、ゲートフィールドプレート電極１８１を形成し、続いてゲート電極１８及びゲートフィールドプレート電極１８１が形成された第１の絶縁膜１７上に、第２の絶縁膜１９を形成する。
次に、図４に示すように、下方から上方にかけて開口面積が大きくなるようなテーパ状の第１開口２４１が、第２の絶縁膜１９のソース電極１５との接触部近傍及びソース電極１５上に形成され、図１に示す電極パッド２２を形成するための電極パッド２２用第１の開口２４２がドレイン電極１４上に形成されるように、第２のレジスト層２４を形成する。なお、図４において、第１の開口２４１の図面左側は示されていないが、ソース電極１５の図面左側には、ドレイン電極１４上に形成された第２のレジスト層２４と対称な形状の第２のレジスト層２４が形成されている。さらに、電極パッド２２用第１の開口２４２の図面右側にも、同様に第２のレジスト層２４は形成されている。
次に、図５に示すように、第２のレジスト層２４上に、オーバーハング状の第２の開口２５１及び電極パッド２２形成用第２の開口２５２を有する第３のレジスト層２５を形成する。この第３のレジスト層２５において、第１の開口２４２は、開口面積の大きなレジスト層上に、これより開口面積の小さなレジスト層を積層することで形成される。このように形成された第３のレジスト層２５が有するオーバーハング状の第２の開口２５１は、テーパ状の第１の開口２４１の上部に形成されており、電極パッド２２用第２の開口２５２は、電極パッド２２形成用第１の開口２４２上に形成されている。なお、図５においても、図４と同様に、図面左側、図面右側には、第３のレジスト層２５が形成されている。
次に、図６に示すように、第３のレジスト層２５上からＮｉ、Ａｕをこの順で蒸着することで、ソースフィールドプレート電極２０及び、電極パッド２２を形成する。このとき、オーバーハング状の第２の開口２５１に対する金属の斜め入射成分及び、蒸着された金属が流れることにより、図６に示すように、ソースフィールドプレート電極２０の端部２０１に、裾引き部２６が形成される。
最後に、図７に示すように、第２のレジスト層２４及び第３のレジスト層２５を除去する。このとき、図６に示した裾引き部２６は、第２のレジスト層２４上に形成されているため、第２のレジスト層２４及び第３のレジスト層２５の除去と共に除去される。
以上のように、ソースフィールドプレート電極２０を形成した後、これらの表面を覆うように表面保護膜２１を形成し、図１に示す本実施形態の半導体装置を形成することができる。
以上に説明したように、本実施形態の半導体装置においては、ソースフィールドプレート電極２０の端部２０１は、第２、第３のレジスト層２４、２５を用いて第２の絶縁膜１９と離間するように形成されている。このとき、フィールドプレート電極として機能する箇所は、第２の絶縁膜１９と接触する箇所のみであり、第２の絶縁膜１９と離間した端部２０１は、フィールドプレート電極としての機能を果たさない。従って、ソースフィールドプレート電極２０の寸法を精度よく形成することが可能である。
また、ソースフィールドプレート電極２０の端部２０１においては裾引き部２６が形成されることがないため、ソースフィールドプレート電極２０の端部２０１とドレイン電極１４との距離が、短くなることを抑制することができる。従って、ソースフィールドプレート電極２０の端部２０１とドレイン電極１４との間の第２の絶縁膜１９が破壊されるのを抑制することができる。
以上より、装置の性能の劣化を抑制することができる半導体装置を提供することができる。
以上に、本発明の実施形態を示した。しかし、実施形態はこれに限るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変形することができる。
例えば、ソースフィールドプレート電極２０の端部２０１と、第２の絶縁膜１９の表面とで形成される角度は、本実施形態においては６０°であったが、この角度は、０°より大きく、９０°以下であればよい。しかし、この角度θを大きくするほど、ソースフィールドプレート電極２０の端部２０１とドレイン電極１４の距離を長くすることができるため、角度θは大きい方が望ましい。
また、上述の実施形態においては、ＳｉＣ基板上に形成されたＧａＮ系のFETについて説明したが、FETが形成されるものであれば、全てにおいて適用可能である。
本実施形態の半導体装置の構成を示す上面図である。 本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。
符号の説明
１１・・・ＳｉＣ基板、１２・・・ＧａＮバッファ層、１３・・・ＡｌＧａＮ層、１４・・・ドレイン電極、１５・・・ソース電極、１６・・・開口部、１７・・・第１の絶縁膜、１８・・・ゲート電極、１８１・・・ゲートフィールドプレート電極、１９・・・第２の絶縁膜、２０・・・ソースフィールドプレート電極、２０１・・・ソースフィールドプレート電極の端部、２１・・・表面保護層、２２・・・引き出し電極、２３・・・第１のレジスト層、２４・・・第２のレジスト層、２４１・・・テーパ状の第１の開口、２４２・・・電極パッド形成用第１の開口、２５・・・第３のレジスト層、２５１・・・オーバーハング状の第２の開口、２５２・・・電極パッド形成用第２の開口、２６・・・裾引き部。

Claims (8)

  1. 半導体基板と、
    この半導体基板上に形成された動作層と、
    この動作層上にそれぞれ離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
    これらのソース電極、ドレイン電極間に形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対して平行な開口を有する第１の絶縁膜と、
    この第１の絶縁膜の前記開口に形成されたゲート電極と、
    このゲート電極が形成された前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、
    この第２の絶縁膜及び前記ソース電極上に形成され、前記ドレイン電極側端部が、前記第２の絶縁膜と離間したソースフィールドプレート電極と、
    を具備することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記ソースフィールドプレート電極の前記ドレイン電極側端部と前記第２の絶縁膜とで形成される角度は、
    ０°より大きくかつ、９０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記ソースフィールドプレート電極の前記ドレイン電極側端部は、前記第２の絶縁膜上に形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記ソースフィールドプレート電極の表面は、表面保護層で覆われていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  5. ソース電極、ドレイン電極を有する半導体基板の動作層上に形成されたゲート電極の両端の第１の絶縁膜上に、第２の絶縁膜を形成し、
    この第２の絶縁膜が形成された装置表面に、開口部がテーパ状の第１の開口を有する第１のレジスト層を形成し、
    この第１の開口上に、前記第１の開口より大きくかつ、開口部がオーバーハング状の第２の開口が形成された第２のレジスト層を前記第１のレジスト層上に形成し、
    この第２の開口を有する第２のレジスト層上から金属を蒸着することでソースフィールドプレート電極を形成し、
    前記金属蒸着後、第１のレジスト層及び第２のレジスト層を除去する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 前記ソースフィールドプレート電極の前記ドレイン電極側端部は、この端部と前記第２の絶縁膜とで形成される角度が０°より大きくかつ、９０°以下になるように形成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記ソースフィールドプレート電極の前記ドレイン電極側端部は、前記第２の絶縁膜上に形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記ソースフィールドプレート電極の表面に、表面保護層を形成することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
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