JP2011171622A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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芳昭 森野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which is excellent in power efficiency, can exhibit designed performance and can be miniaturized, and a manufacturing method thereof. <P>SOLUTION: A stub connected to a drain electrode is formed on a semiconductor substrate with a semiconductor device such as a field-effect transistor in such a way that an insulating layer is interleaved on an electrode extended from the source electrode. In other words, an element forming region 22 is provided with a substrate 20 on which a stub region 26 and an active device region 24 are defined, a semiconductor device having a first main electrode 42 and a second main electrode 44 formed on a substrate of the active device region, an first insulating film 50 formed on the substrate of the stub region and a side of the semiconductor device, a ground electrode 60 formed on the first insulating film and electrically connected to the second main electrode, a second insulating film 52 formed on the ground electrode, and a stub electrode 62 formed on the second insulating layer, and electrically connected to the first main electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体装置、特に高周波処理スタブが半導体素子と同一基板に形成される半導体装置と、その製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, in particular, a semiconductor device in which a high-frequency processing stub is formed on the same substrate as a semiconductor element, and a manufacturing method thereof.

無線通信では、情報通信の高速化や大容量化、あるいは、無線周波数の有効活用への要望から、周波数の高周波化が進められている。また、無線通信システムにおける消費電力の低減も望まれている。そこで、無線通信システムの受信機や送信機などで用いられる半導体装置の高周波化及び低消費電力化が求められている。   In wireless communication, the frequency has been increased due to the demand for higher speed and larger capacity of information communication or effective use of radio frequency. In addition, reduction of power consumption in a wireless communication system is also desired. Therefore, there is a demand for higher frequency and lower power consumption of semiconductor devices used in receivers and transmitters of wireless communication systems.

マイクロ波、ミリ波などの高周波領域の無線通信システムで用いられる半導体装置では、半導体材料として、ガリウム砒素(GaAs)、インジウムリン(InP)、窒化ガリウム(GaN)などの化合物半導体が使われる。これは、化合物半導体が、電子移動度が高いなどの、シリコン半導体と比べて優れた高周波特性を示すからである。   In a semiconductor device used in a radio communication system in a high frequency region such as a microwave and a millimeter wave, a compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), or gallium nitride (GaN) is used as a semiconductor material. This is because a compound semiconductor exhibits excellent high-frequency characteristics compared to a silicon semiconductor, such as high electron mobility.

また、化合物半導体の中で特にGaNは、GaAsやInPなど他の化合物半導体と比べても絶縁破壊電圧が高い。このため、例えばGaNトランジスタには高電圧を印加することができるので、電力効率が高くなり、低消費電力化が期待できる。   Among compound semiconductors, particularly GaN has a higher dielectric breakdown voltage than other compound semiconductors such as GaAs and InP. For this reason, for example, since a high voltage can be applied to the GaN transistor, the power efficiency is increased, and a reduction in power consumption can be expected.

高周波領域で用いられる半導体素子の電力効率を向上させるために、半導体素子の出力側に、スタブを有する伝送線路を形成した誘電体基板を設ける技術がある。この技術では、高調波を半導体素子へ反射させることができ、回路のF級動作が可能になる(例えば、特許文献1、2及び3参照)。   In order to improve the power efficiency of a semiconductor element used in a high frequency region, there is a technique of providing a dielectric substrate on which a transmission line having a stub is formed on the output side of the semiconductor element. In this technique, harmonics can be reflected to the semiconductor element, and the class F operation of the circuit becomes possible (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).

また、電界効果トランジスタが形成された半導体基板上に、いわゆるオープンスタブや、マイクロストリップ線路又はコプレーナ型線路の伝送線路を形成する技術についても報告されている(例えば、特許文献4及び5参照)。   Also, a technique for forming a so-called open stub, a microstrip line, or a coplanar transmission line on a semiconductor substrate on which a field effect transistor is formed has been reported (see, for example, Patent Documents 4 and 5).

特開2001−111362号公報JP 2001-111362 A 特開2003−234626号公報JP 2003-234626 A 特開2008−113402号公報JP 2008-113402 A 特開2006−173595号公報JP 2006-173595 A 特開平11−150126号公報JP-A-11-150126

しかしながら、特許文献1、2及び3に開示されている技術では、スタブを有する伝送線路が、半導体素子が形成されている半導体基板とは異なる誘電体基板に形成されている。このため、半導体基板に形成された半導体素子と、伝送線路とを備える回路の占有面積が大きくなってしまう。   However, in the techniques disclosed in Patent Documents 1, 2, and 3, the transmission line having the stub is formed on a dielectric substrate different from the semiconductor substrate on which the semiconductor element is formed. For this reason, the occupation area of the circuit provided with the semiconductor element formed on the semiconductor substrate and the transmission line is increased.

さらに、半導体素子と、伝送線路とを接続するボンディングワイヤなどの寄生素子により、設計どおりの性能が得にくいという課題もある。   Furthermore, there is a problem that it is difficult to obtain the performance as designed due to parasitic elements such as bonding wires connecting the semiconductor element and the transmission line.

また、特許文献4及び5に開示されている技術では、寄生素子による影響は受けにくいが、伝送線路に対する接地電極(GND)が、絶縁性基板の裏面側に設けられている。このため、例えば、マイクロストリップラインでは、線路幅を細くすることができないなど、設計が困難な場合がある。   In the techniques disclosed in Patent Documents 4 and 5, although not easily affected by parasitic elements, a ground electrode (GND) for the transmission line is provided on the back side of the insulating substrate. For this reason, for example, in the microstrip line, the design may be difficult because the line width cannot be reduced.

この発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、電力効率のすぐれた半導体装置であって、設計どおりの性能を得ることができ、さらに、小型化が可能な半導体装置とその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is a semiconductor device having excellent power efficiency, which can obtain performance as designed and can be miniaturized. A semiconductor device and a manufacturing method thereof are provided.

上述した目的を達成するために、この発明の半導体装置は、電界効果トランジスタなどの半導体素子が形成された半導体基板上に、ドレイン電極に接続されるスタブ電極が、ソース電極から引き伸ばされた接地電極上に絶縁膜を挟んで形成される。   In order to achieve the above-described object, a semiconductor device of the present invention includes a ground electrode in which a stub electrode connected to a drain electrode is extended from a source electrode on a semiconductor substrate on which a semiconductor element such as a field effect transistor is formed. An insulating film is interposed therebetween.

すなわち、この発明の半導体装置は、基板と、半導体素子と、第1絶縁膜と、接地電極と、第2絶縁膜と、スタブ電極とを備えて構成される。   That is, the semiconductor device of the present invention includes a substrate, a semiconductor element, a first insulating film, a ground electrode, a second insulating film, and a stub electrode.

基板の素子形成領域内に、スタブ領域及び能動素子領域が設定されている。半導体素子は、能動素子領域の基板上に形成された半導体成長部と、第1主電極及び第2主電極とで構成される。第1絶縁膜は、スタブ領域の基板の上面から、半導体成長部の側面に亘って形成されている。接地電極は、第1絶縁膜上に形成されていて、半導体素子の第2主電極と電気的に接続されている。第2絶縁膜は、接地電極上に形成されている。スタブ電極は、第2絶縁膜上に形成されていて、半導体素子の第1主電極と電気的に接続されている。   A stub area and an active element area are set in the element formation area of the substrate. The semiconductor element includes a semiconductor growth portion formed on a substrate in an active element region, a first main electrode, and a second main electrode. The first insulating film is formed from the upper surface of the substrate in the stub region to the side surface of the semiconductor growth portion. The ground electrode is formed on the first insulating film and is electrically connected to the second main electrode of the semiconductor element. The second insulating film is formed on the ground electrode. The stub electrode is formed on the second insulating film and is electrically connected to the first main electrode of the semiconductor element.

また、この発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えて構成される。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the following steps.

先ず、素子形成領域内に、スタブ領域及び能動素子領域が設定された基板を用意する。次に、基板上に、半導体成長層を形成する。次に、スタブ領域の半導体成長層を除去して、能動素子領域に半導体成長部を形成する。次に、半導体成長部上に、第1主電極及び第2主電極を形成することにより、半導体成長部と、第1主電極及び第2主電極とで構成される半導体素子を形成する。次に、スタブ領域の前記基板の上面から、半導体成長部の側面に亘って第1絶縁膜を形成する。次に、第1絶縁膜上に、半導体素子の第2主電極と電気的に接続される接地電極を形成する。次に、接地電極上に第2絶縁膜を形成する。次に、第2絶縁膜上に、半導体素子の第1主電極と電気的に接続されるスタブ電極を形成する。   First, a substrate in which a stub area and an active element area are set in an element forming area is prepared. Next, a semiconductor growth layer is formed on the substrate. Next, the semiconductor growth layer in the stub region is removed, and a semiconductor growth portion is formed in the active element region. Next, a first main electrode and a second main electrode are formed on the semiconductor growth portion, thereby forming a semiconductor element including the semiconductor growth portion, the first main electrode, and the second main electrode. Next, a first insulating film is formed from the upper surface of the substrate in the stub region to the side surface of the semiconductor growth portion. Next, a ground electrode electrically connected to the second main electrode of the semiconductor element is formed on the first insulating film. Next, a second insulating film is formed on the ground electrode. Next, a stub electrode that is electrically connected to the first main electrode of the semiconductor element is formed on the second insulating film.

この発明の半導体装置によれば、スタブ電極を半導体素子と同一の基板に形成することで、占有面積の縮小化が実現される。また、半導体素子の第1主電極にスタブ電極が直接接続されているので、寄生素子の影響を抑えることができる。   According to the semiconductor device of the present invention, the occupation area can be reduced by forming the stub electrode on the same substrate as the semiconductor element. Further, since the stub electrode is directly connected to the first main electrode of the semiconductor element, the influence of the parasitic element can be suppressed.

また、この発明の半導体装置によれば、基板上に、第2主電極から引き出された接地電極と、この接地電極と絶縁膜を挟んで、第1主電極に接続されるスタブ電極とを形成している。このため、スタブをマイクロストリップラインで構成する場合、基板の裏面電極をGNDとして用いる構成に比べて線路幅を細くすることができる。また、ビアホールを形成することなく、マイクロストリップラインの接地電極を接地させることができる。   According to the semiconductor device of the present invention, the ground electrode drawn from the second main electrode and the stub electrode connected to the first main electrode are formed on the substrate with the ground electrode and the insulating film interposed therebetween. is doing. For this reason, when the stub is configured by a microstrip line, the line width can be reduced as compared with the configuration in which the back electrode of the substrate is used as GND. Further, the ground electrode of the microstrip line can be grounded without forming a via hole.

第1実施形態の半導体装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a semiconductor device according to a first embodiment. マイクロストリップラインとして形成される伝送線路の設計を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the design of the transmission line formed as a microstrip line. 第2実施形態の半導体装置の概略図である。It is the schematic of the semiconductor device of 2nd Embodiment. 半導体装置の製造方法について説明するための工程図(1)である。It is process drawing (1) for demonstrating the manufacturing method of a semiconductor device. 半導体装置の製造方法について説明するための工程図(2)である。It is process drawing (2) for demonstrating the manufacturing method of a semiconductor device.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape, size, and arrangement relationship of each component are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the material and numerical conditions of each component are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

(第1実施形態の半導体装置)
図1(A)及び(B)を参照して、第1実施形態の半導体装置について説明する。図1(A)及び(B)は、第1実施形態の半導体装置を説明するための概略図である。図1(A)は、上面図である。また、図1(B)は、図1(A)のA−A’線に沿った断面の切り口を示している。なお、図1(B)では、電極間の接続関係を示す線を付しているが、これは断面の切り口には含まれない。
(Semiconductor Device of First Embodiment)
With reference to FIGS. 1A and 1B, the semiconductor device of the first embodiment will be described. 1A and 1B are schematic views for explaining the semiconductor device of the first embodiment. FIG. 1A is a top view. Moreover, FIG. 1 (B) has shown the cut surface of the cross section along the AA 'line of FIG. 1 (A). Note that in FIG. 1B, a line indicating the connection relationship between the electrodes is provided, but this is not included in the cut surface of the cross section.

ここでは、半導体装置10として、窒化ガリウム(GaN)をチャネル材料とするトランジスタを備える構成例について説明する。   Here, a configuration example will be described in which the semiconductor device 10 includes a transistor using gallium nitride (GaN) as a channel material.

この実施形態では、基板20の素子形成領域22内に、能動素子領域24及びスタブ領域26が設定されている。素子形成領域22は、その周囲に設けられた素子分離領域(図示を省略する。)により規定されている。   In this embodiment, an active element region 24 and a stub region 26 are set in the element formation region 22 of the substrate 20. The element formation region 22 is defined by an element isolation region (not shown) provided around the element formation region 22.

基板20として、絶縁性基板、例えば、絶縁性Si基板が用いられる。基板20の能動素子領域24上に、半導体成長部30が設けられている。半導体成長部30は、AlNからなるバッファ層32、GaNからなるチャネル層34及びAlGaNからなるキャリア供給層36が順次に積層されて構成されている。   As the substrate 20, an insulating substrate, for example, an insulating Si substrate is used. A semiconductor growth portion 30 is provided on the active element region 24 of the substrate 20. The semiconductor growth section 30 is configured by sequentially stacking a buffer layer 32 made of AlN, a channel layer 34 made of GaN, and a carrier supply layer 36 made of AlGaN.

キャリア供給層36上には、制御電極としてゲート電極40が形成されている。また、キャリア供給層36上には、第1主電極としてのドレイン電極42と、第2主電極としてのソース電極44とが設けられている。ゲート電極40は、ショットキー電極として作製され、ドレイン電極42及びソース電極44は、オーミック電極として作製される。   On the carrier supply layer 36, a gate electrode 40 is formed as a control electrode. On the carrier supply layer 36, a drain electrode 42 as a first main electrode and a source electrode 44 as a second main electrode are provided. The gate electrode 40 is manufactured as a Schottky electrode, and the drain electrode 42 and the source electrode 44 are manufactured as ohmic electrodes.

この能動素子領域24の基板20上に形成された、半導体成長部30と、ゲート電極40、ドレイン電極42及びソース電極44とにより、半導体素子としてのGaNトランジスタが構成される。   The semiconductor growth portion 30, the gate electrode 40, the drain electrode 42, and the source electrode 44 formed on the substrate 20 in the active element region 24 constitute a GaN transistor as a semiconductor element.

能動素子領域24に隣接するスタブ領域26の基板の上面から、半導体成長部30の側面に亘って、第1絶縁膜50が形成されている。この第1絶縁膜50は、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)として形成されている。第1絶縁膜50上には、接地電極60が形成されている。接地電極60は、ソース電極44と電気的に接続されている。   A first insulating film 50 is formed from the upper surface of the substrate of the stub region 26 adjacent to the active element region 24 to the side surface of the semiconductor growth portion 30. For example, the first insulating film 50 is formed as a silicon nitride film (SiN film). A ground electrode 60 is formed on the first insulating film 50. The ground electrode 60 is electrically connected to the source electrode 44.

接地電極60上には、第2絶縁膜52が形成されている。第2絶縁膜52上には、スタブ電極62が形成されている。このスタブ電極62は、接地電極60と第2絶縁膜52を挟んで設けられていて、いわゆるマイクロストリップラインを構成している。   A second insulating film 52 is formed on the ground electrode 60. A stub electrode 62 is formed on the second insulating film 52. The stub electrode 62 is provided with the ground electrode 60 and the second insulating film 52 interposed therebetween, and constitutes a so-called microstrip line.

スタブ電極62は、ドレイン電極42と電気的に接続されていて、オープンスタブとして形成されている。スタブ電極62のドレイン電極42との接続位置は、寄生素子の影響を抑えるためにはドレイン電極42に近いほど望ましい。   The stub electrode 62 is electrically connected to the drain electrode 42 and is formed as an open stub. The connection position of the stub electrode 62 with the drain electrode 42 is preferably closer to the drain electrode 42 in order to suppress the influence of parasitic elements.

スタブ電極62の長さは、処理する高調波の次数によって定まる。トランジスタの動作として、ゲート側から電力を入力し、ドレイン側から電力増幅して出力する場合について説明する。この場合、入力電力を大きくしていくと、電力増幅率(利得)の線形性が悪くなり、基本周波数fの高調波成分も電力として出力されるようになる。ここで、スタブ電極62の長さを、基本周波数fで定まる波長λの1/8に設定すると、2次高調波(2倍波)を反射させることができる。   The length of the stub electrode 62 is determined by the order of harmonics to be processed. As an operation of the transistor, a case where power is input from the gate side and power is amplified from the drain side and output is described. In this case, when the input power is increased, the linearity of the power amplification factor (gain) is deteriorated, and the harmonic component of the fundamental frequency f is output as power. Here, when the length of the stub electrode 62 is set to 1/8 of the wavelength λ determined by the fundamental frequency f, the second harmonic (second harmonic) can be reflected.

図2を参照して、伝送線路の設計について説明する。図2は、マイクロストリップラインとして形成される伝送線路の設計を説明するための概略図である。   The design of the transmission line will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the design of a transmission line formed as a microstrip line.

マイクロストリップラインでは、絶縁性基板100の誘電率εr、伝送線路102の幅W、絶縁性基板100の厚みhとの間で、以下の関係が成り立つことが知られている。   In the microstrip line, it is known that the following relationship holds among the dielectric constant εr of the insulating substrate 100, the width W of the transmission line 102, and the thickness h of the insulating substrate 100.

Figure 2011171622
Figure 2011171622

ここで、λは、自由空間での、基本周波数fで定まる波長であり、Vは、位相速度であり、cは、真空中の光速度であり、及び、εffは、実効的な誘電率である。なお、上記の式(1)〜(5)では、定数に繰り込まれているが、パラメータとして、さらに、伝送線路102の厚みtが存在する。 Where λ 0 is the wavelength determined by the fundamental frequency f in free space, V p is the phase velocity, c is the speed of light in vacuum, and ε ff is the effective Dielectric constant. In addition, in said formula (1)-(5), although it is carried in to the constant, the thickness t of the transmission line 102 exists further as a parameter.

例えば、基本周波数fを5GHz、絶縁性基板100の誘電率εを10、伝送線路102の幅Wを80μm、伝送線路102の厚みtを1μmとして、シミュレーションすると、絶縁性基板100の厚みhが100μmのとき、1/8λ長は2.9mmになる。また、上記の式(2)〜(5)から、絶縁性基板100の厚みh、すなわち、伝送線路102と接地電極104の間隔を小さくすると、マイクロストリップラインの伝送線路102の幅Wを小さくしても、同じ電気的特性が得られる。 For example, assuming that the fundamental frequency f is 5 GHz, the dielectric constant ε r of the insulating substrate 100 is 10, the width W of the transmission line 102 is 80 μm, and the thickness t of the transmission line 102 is 1 μm, the thickness h of the insulating substrate 100 is At 100 μm, the 1 / 8λ length is 2.9 mm. Further, from the above formulas (2) to (5), when the thickness h of the insulating substrate 100, that is, the distance between the transmission line 102 and the ground electrode 104 is reduced, the width W of the transmission line 102 of the microstrip line is reduced. However, the same electrical characteristics can be obtained.

この実施形態の半導体装置によれば、高周波処理スタブを半導体素子と同一の基板に形成することで、占有面積の縮小化が実現される。また、半導体素子の主電極であるドレイン電極にスタブ電極が直接接続されているので、寄生素子の影響を抑えることができる。   According to the semiconductor device of this embodiment, the occupation area can be reduced by forming the high-frequency processing stub on the same substrate as the semiconductor element. Further, since the stub electrode is directly connected to the drain electrode which is the main electrode of the semiconductor element, the influence of the parasitic element can be suppressed.

また、この実施形態の半導体装置10によれば、基板20上に、ソース電極44から引き出された接地電極60と、この接地電極60と第2絶縁膜52を挟んで、ドレイン電極42に接続されるスタブ電極62を備えている。このように、スタブがマイクロストリップラインで構成される場合、マイクロストリップラインの電気的特性が、基板20の裏面電極70までの厚みではなく、第2絶縁膜52の厚みで定まるので、スタブ電極62の線路幅を細くすることができる。   Further, according to the semiconductor device 10 of this embodiment, the ground electrode 60 drawn from the source electrode 44 on the substrate 20 and the ground electrode 60 and the second insulating film 52 are sandwiched between the drain electrode 42 and the ground electrode 60. The stub electrode 62 is provided. Thus, when the stub is constituted by a microstrip line, the electrical characteristics of the microstrip line are determined not by the thickness up to the back electrode 70 of the substrate 20 but by the thickness of the second insulating film 52. The line width can be reduced.

また、ビアホールを形成することなく、マイクロストリップラインの接地電極60を接地させることができる。さらに、スタブをマイクロストリップラインで形成すると、コプレーナ線路で形成する場合に比べてシミュレーションが容易になり、また、コプレーナ線路に比べて小面積にできる。   Further, the ground electrode 60 of the microstrip line can be grounded without forming a via hole. Further, when the stub is formed by a microstrip line, the simulation is easier than when the stub is formed by a coplanar line, and the area can be reduced as compared with the coplanar line.

(第2実施形態の半導体装置)
図3(A)及び(B)を参照して、第2実施形態の半導体装置について説明する。図3(A)及び(B)は、第2実施形態の半導体装置を説明するための概略図である。図3(A)は、上面図である。また、図3(B)は、図3(A)のA−A’線に沿った断面の切り口を示している。なお、図3(B)では、電極間の接続関係を示す線を付しているが、これは断面の切り口には含まれない。
(Semiconductor Device of Second Embodiment)
With reference to FIGS. 3A and 3B, the semiconductor device of the second embodiment will be described. 3A and 3B are schematic views for explaining the semiconductor device of the second embodiment. FIG. 3A is a top view. FIG. 3B shows a cross-section cut along the line AA ′ in FIG. Note that in FIG. 3B, a line indicating the connection relationship between the electrodes is provided, but this is not included in the cross section.

第2実施形態の半導体装置11では、スタブ領域26に設けられるスタブが、コプレーナ線路で形成されている点が第1実施形態と異なっていて、それ以外の構成は、第1実施形態と同様である。従って、ここでは、重複する説明を省略することもある。   The semiconductor device 11 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the stub provided in the stub region 26 is formed of a coplanar line, and other configurations are the same as those of the first embodiment. is there. Therefore, the overlapping description may be omitted here.

スタブは、いわゆるコプレーナ線路として構成されている。コプレーナ線路は、伝送線路を挟む位置に1対の接地線路を備えている。この実施形態では、伝送線路としてのスタブ電極62がドレイン電極42に電気的に接続されていて、オープンスタブとして形成されている。また、接地線路64は、ソース電極44に電気的に接続されている。なお、図3(A)は、スタブ電極62を挟む位置に設けられる一対の接地線路が互いに接続され一体の構造となっている構成例を示している。   The stub is configured as a so-called coplanar line. The coplanar line includes a pair of ground lines at positions sandwiching the transmission line. In this embodiment, the stub electrode 62 as a transmission line is electrically connected to the drain electrode 42 and formed as an open stub. The ground line 64 is electrically connected to the source electrode 44. FIG. 3A shows a configuration example in which a pair of ground lines provided at positions sandwiching the stub electrode 62 are connected to each other to form an integral structure.

この実施形態の構成によれば、第1実施形態と同様に、スタブを半導体素子と同一の基板に形成することにより、占有面積の縮小化が実現される。また、半導体素子の主電極であるドレインにスタブが直接接続されているので、寄生素子の影響を抑えることができる。   According to the configuration of this embodiment, as in the first embodiment, the occupation area can be reduced by forming the stub on the same substrate as the semiconductor element. Further, since the stub is directly connected to the drain which is the main electrode of the semiconductor element, the influence of the parasitic element can be suppressed.

(半導体装置の製造方法)
図4(A)〜(C)及び図5(A)〜(C)を参照して、半導体装置の製造方法について説明する。図4(A)〜(C)及び図5(A)〜(C)は、半導体装置の製造方法について説明するための工程図であって、それぞれ各工程で得られる主要部の切断端面を示している。
(Method for manufacturing semiconductor device)
With reference to FIGS. 4A to 4C and FIGS. 5A to 5C, a method for manufacturing a semiconductor device will be described. 4 (A) to 4 (C) and FIGS. 5 (A) to 5 (C) are process diagrams for explaining a method of manufacturing a semiconductor device, and show cut end surfaces of main parts obtained in the respective processes. ing.

先ず、素子形成領域22内に、能動素子領域24及びスタブ領域26が設定された基板20を用意する。この基板20として、例えば、絶縁性のSi基板が用いられる。   First, the substrate 20 in which the active element region 24 and the stub region 26 are set in the element forming region 22 is prepared. For example, an insulating Si substrate is used as the substrate 20.

次に、能動素子領域24の基板20上に半導体成長層30aを形成する。この工程では、先ず、基板20の第1主表面20aの全面上に、有機金属気相成長(MOVPE)法により、AlN層32a、GaN層34a及びAlGaN層36aを順に成長させて、半導体成長層30aを形成する。   Next, a semiconductor growth layer 30 a is formed on the substrate 20 in the active element region 24. In this step, first, an AlN layer 32a, a GaN layer 34a, and an AlGaN layer 36a are sequentially grown on the entire surface of the first main surface 20a of the substrate 20 by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) to obtain a semiconductor growth layer. 30a is formed.

さらに、AlGaN層36a上に絶縁体膜38aを形成する。この工程では、絶縁体膜38aとしてのSiN膜を、化学気相成長(CVD)法で形成する(図4(A))。   Further, an insulator film 38a is formed on the AlGaN layer 36a. In this step, a SiN film as the insulator film 38a is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method (FIG. 4A).

次に、スタブ領域26の半導体成長層30a及び絶縁体膜38aを誘導結合型反応性イオンエッチング(ICP−RIE)により除去して、スタブ領域26の基板20を露出させ、能動素子領域24の基板20上に半導体成長部30と絶縁膜38bを残存させる(図4(B))。また、素子形成領域22の素子分離を行う。この素子分離は任意好適な方法で行うことができるが、ここでは、素子分離領域に、イオン注入を行って素子分離領域の半導体成長層を絶縁化して行うものとする。   Next, the semiconductor growth layer 30a and the insulator film 38a in the stub region 26 are removed by inductively coupled reactive ion etching (ICP-RIE) to expose the substrate 20 in the stub region 26, and the substrate in the active element region 24. The semiconductor growth portion 30 and the insulating film 38b are left on the substrate 20 (FIG. 4B). Further, element isolation of the element formation region 22 is performed. This element isolation can be performed by any suitable method. Here, it is assumed that ion isolation is performed in the element isolation region to insulate the semiconductor growth layer in the element isolation region.

次に、能動素子領域24の半導体成長部30上に、制御電極、第1主電極及び第2主電極を形成する。ここで形成するGaNトランジスタの場合、制御電極としてのゲート電極40は、いわゆるショットキー電極として形成される。また、第1主電極としてのドレイン電極42と、第2主電極としてのソース電極44は、オーミック電極として形成される。半導体成長部30、ゲート電極40、ドレイン電極42及びソース電極44により、半導体素子としてのGaNトランジスタが構成される。   Next, a control electrode, a first main electrode, and a second main electrode are formed on the semiconductor growth portion 30 in the active element region 24. In the case of the GaN transistor formed here, the gate electrode 40 as the control electrode is formed as a so-called Schottky electrode. The drain electrode 42 as the first main electrode and the source electrode 44 as the second main electrode are formed as ohmic electrodes. The semiconductor growth portion 30, the gate electrode 40, the drain electrode 42, and the source electrode 44 constitute a GaN transistor as a semiconductor element.

このGaNトランジスタの各電極を形成する工程については、任意好適な従来周知の方法で行えば良いので、ここでは説明を省略する。   About the process of forming each electrode of this GaN transistor, what is necessary is just to carry out by an arbitrary suitable well-known method, Therefore It abbreviate | omits description here.

以上の工程により、半導体素子を形成した後、基板20上に第1絶縁膜50を形成する。この工程では、CVD法により、基板20の露出している上面及び半導体素子を覆うSiN膜50aを形成する(図4(C))。次に、ICP−RIEによりSiN膜50aをエッチングして、ソース電極44を露出させる第1絶縁膜50とする。   After the semiconductor element is formed by the above steps, the first insulating film 50 is formed on the substrate 20. In this step, the SiN film 50a that covers the exposed upper surface of the substrate 20 and the semiconductor element is formed by CVD (FIG. 4C). Next, the SiN film 50a is etched by ICP-RIE to form the first insulating film 50 that exposes the source electrode 44.

次に、第1絶縁膜50上に、ソース電極44と電気的に接続される接地電極60を形成する。この接地電極60の形成は、通常の配線形成と同様の技術を用いて行うことができる(図5(A))。   Next, a ground electrode 60 that is electrically connected to the source electrode 44 is formed on the first insulating film 50. The formation of the ground electrode 60 can be performed by using a technique similar to that of normal wiring formation (FIG. 5A).

次に、接地電極60上に第2絶縁膜52を形成する。第2絶縁膜52の形成は、第1絶縁膜50の形成と同様に行うことができる(図5(B))。   Next, the second insulating film 52 is formed on the ground electrode 60. The formation of the second insulating film 52 can be performed in the same manner as the formation of the first insulating film 50 (FIG. 5B).

第2絶縁膜52上に、ドレイン電極42と電気的に接続されるスタブ電極62を形成する。このスタブ電極62と、第2絶縁膜52を挟んで設けられている接地電極50とで、いわゆるマイクロストリップラインが構成される(図5(C))。   A stub electrode 62 electrically connected to the drain electrode 42 is formed on the second insulating film 52. The stub electrode 62 and the ground electrode 50 provided with the second insulating film 52 interposed therebetween constitute a so-called microstrip line (FIG. 5C).

ここでは、高周波処理スタブをマイクロストリップラインで構成する例について説明したが、コプレーナ線路で構成する場合も同様の工程で製造することができる。コプレーナ線路とする場合は、ドレイン電極42に接続される伝送線路としてのスタブ電極62を形成する際に、ソース電極44に接続される接地線路を合わせて形成すればよい。   Here, an example in which the high-frequency processing stub is configured by a microstrip line has been described. In the case of a coplanar line, when the stub electrode 62 as a transmission line connected to the drain electrode 42 is formed, the ground line connected to the source electrode 44 may be formed together.

上述した各実施形態では、窒化ガリウム(GaN)をチャネル材料とした高電子移動度トランジスタ(HEMT)について説明したが、これに限られず、他の材料を用いて形成しても良い。また、半導体装置が備える半導体素子として、いわゆる電界効果トランジスタ(FET)などの能動素子を形成しても良い。   In each of the above-described embodiments, the high electron mobility transistor (HEMT) using gallium nitride (GaN) as a channel material has been described. However, the present invention is not limited to this, and other materials may be used. Further, an active element such as a so-called field effect transistor (FET) may be formed as a semiconductor element included in the semiconductor device.

また、ここでは、2次高調波に対する処理を説明したが、3次以上の高次の高調波に対してもスタブを設けてもよい。しかしながら、高次の高調波については、電力効率改善の度合いが小さくなるので、通常は、3次高調波までの処理で十分である。   Moreover, although the process with respect to the 2nd harmonic was demonstrated here, you may provide a stub also with respect to the 3rd or higher harmonic. However, for higher harmonics, the degree of improvement in power efficiency is small, so processing up to the third harmonic is usually sufficient.

また、ここでは、HEMTとスタブのみを備える構成例を説明したが、さらに、インピーダンス整合回路やバイアス回路を含め、いわゆるモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)としてもよい。さらに、出力側であるドレイン電極にスタブを設けたが、入力側であるゲート電極にスタブを設けてもよい。   Further, here, the configuration example including only the HEMT and the stub has been described, but a monolithic microwave integrated circuit (MMIC) including an impedance matching circuit and a bias circuit may be used. Further, although the stub is provided on the drain electrode on the output side, the stub may be provided on the gate electrode on the input side.

10、11 半導体装置
20 基板
22 素子形成領域
24 能動素子領域
26 スタブ領域
30 半導体成長部
32 バッファ層
34 チャネル層
36 キャリア供給層
40 ゲート電極
42 ドレイン電極
44 ソース電極
50 第1絶縁膜
52 第2絶縁膜
60 接地電極
62 スタブ電極
64 接地線路
70 裏面電極
10, 11 Semiconductor device
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Substrate 22 Element formation area 24 Active element area 26 Stub area 30 Semiconductor growth part 32 Buffer layer 34 Channel layer 36 Carrier supply layer 40 Gate electrode 42 Drain electrode 44 Source electrode 50 First insulating film 52 Second insulating film 60 Ground electrode 62 Stub electrode 64 Ground line 70 Back electrode

Claims (5)

素子形成領域内に、能動素子領域及びスタブ領域が設定された基板と、
前記能動素子領域の前記基板上に形成された半導体成長部と、該半導体成長部上に形成された第1主電極及び第2主電極とで構成される半導体素子と、
前記スタブ領域の前記基板の上面から前記半導体成長部の側面に亘って形成された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に形成された、前記第2主電極と電気的に接続されている接地電極と、
前記接地電極上に形成された第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜上に形成された、前記第1主電極と電気的に接続されているスタブ電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
A substrate in which an active element region and a stub region are set in an element formation region;
A semiconductor element composed of a semiconductor growth portion formed on the substrate in the active element region, and a first main electrode and a second main electrode formed on the semiconductor growth portion;
A first insulating film formed from an upper surface of the substrate in the stub region to a side surface of the semiconductor growth portion;
A ground electrode formed on the first insulating film and electrically connected to the second main electrode;
A second insulating film formed on the ground electrode;
A semiconductor device comprising: a stub electrode formed on the second insulating film and electrically connected to the first main electrode.
前記第2絶縁膜上の、前記スタブ電極を挟む位置に、前記第2主電極と電気的に接続される接地線路を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a ground line electrically connected to the second main electrode at a position on the second insulating film with the stub electrode interposed therebetween. 2つの前記能動素子領域が、前記スタブ領域を挟む位置に設定され、
前記スタブ電極が、前記2つの能動素子領域のそれぞれに形成された前記第1主電極の両者に接続され、
前記接地電極が、前記2つの能動素子領域のそれぞれに形成された前記第2主電極の両者に接続される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
The two active element regions are set at positions sandwiching the stub region,
The stub electrode is connected to both of the first main electrodes formed in each of the two active element regions;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the ground electrode is connected to both of the second main electrodes formed in each of the two active element regions.
素子形成領域内に、能動素子領域及びスタブ領域が設定された基板を用意する工程と、
前記基板上に半導体成長層を形成する工程と、
前記スタブ領域の半導体成長層を除去して、前記能動素子領域に半導体成長部を形成する工程と、
前記半導体成長部上に、第1主電極及び第2主電極を形成して、前記半導体成長部と、第1主電極及び第2主電極とで構成される半導体素子を形成する工程と、
前記スタブ領域の前記基板の上面から、前記半導体成長部の側面に亘って第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に、前記第2主電極と電気的に接続される接地電極を形成する工程と、
前記接地電極上に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に、前記第1主電極と電気的に接続されるスタブ電極を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Preparing a substrate in which an active element region and a stub region are set in an element formation region;
Forming a semiconductor growth layer on the substrate;
Removing the semiconductor growth layer in the stub region and forming a semiconductor growth portion in the active element region;
Forming a first main electrode and a second main electrode on the semiconductor growth portion to form a semiconductor element composed of the semiconductor growth portion and the first main electrode and the second main electrode;
Forming a first insulating film from the upper surface of the substrate in the stub region to the side surface of the semiconductor growth portion;
Forming a ground electrode electrically connected to the second main electrode on the first insulating film;
Forming a second insulating film on the ground electrode;
Forming a stub electrode electrically connected to the first main electrode on the second insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
さらに、前記第2絶縁膜上の、前記スタブ電極を挟む位置に、前記第2主電極と電気的に接続される接地線路を形成する工程
を備えることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
5. The semiconductor according to claim 4, further comprising a step of forming a ground line electrically connected to the second main electrode at a position on the second insulating film with the stub electrode interposed therebetween. Device manufacturing method.
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