JP2012033690A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a semiconductor device with an ohmic electrode formed on a via hole.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a substrate 10; a semiconductor layer 12 formed on the substrate 10; and an ohmic electrode 20 constituting a source electrode or a drain electrode, which is formed on a semiconductor layer 12. In the substrate 10 and the semiconductor layer 12, a via hole 30 penetrating the substrate 10 and the semiconductor layer 12 is formed. The via hole 30 includes a first via hole 32 at least penetrating the semiconductor layer, and a second via hole 34 that is formed in the substrate 10 under the first via hole 32 and that has a larger opening cross-sectional area than the second via hole 32. The ohmic electrode 20 is provided on the first via hole 32.

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

基板上に半導体層が形成され、基板及び半導体層を貫通するビアホールが形成された半導体装置が知られている。ビアホールを形成する際には、基板表面の半導体層上にビア受けパッドを形成し、基板の裏面から基板及び半導体層を一気にエッチングする方法が一般的である。また、基板の表面側におけるビアホールの開口部に、トランジスタの一部であるオーミック電極(例えば、ソース電極)が形成された半導体装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。   A semiconductor device in which a semiconductor layer is formed on a substrate and a via hole penetrating the substrate and the semiconductor layer is formed is known. When forming a via hole, a method is generally used in which a via receiving pad is formed on a semiconductor layer on the substrate surface, and the substrate and the semiconductor layer are etched all at once from the back surface of the substrate. A semiconductor device in which an ohmic electrode (for example, a source electrode) that is a part of a transistor is formed in an opening of a via hole on the surface side of a substrate is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−98456号公報JP 2008-98456 A

上記の半導体装置では、ビアホールの開口部を覆うようにオーミック電極を形成する必要があるため、装置を小型化することが難しかった。   In the semiconductor device described above, since it is necessary to form an ohmic electrode so as to cover the opening of the via hole, it is difficult to reduce the size of the device.

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ビアホール上にオーミック電極が形成された半導体装置において、装置の小型化を図ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the size of a semiconductor device in which an ohmic electrode is formed on a via hole.

本半導体装置は、基板と、前記基板上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されたソース又はドレイン電極を構成するオーミック電極と、を備え、前記基板及び前記半導体層には、前記基板及び前記半導体層を貫通するビアホールが形成され、前記ビアホールは、少なくとも前記半導体層を貫通する第1ビアホールと、前記第1ビアホール下の前記基板に形成された、前記第1ビアホールより開口断面積が大きい第2ビアホールと、を含み、前記オーミック電極は、前記第1ビアホールの上に設けられている。   The semiconductor device includes a substrate, a semiconductor layer formed on the substrate, and an ohmic electrode constituting a source or drain electrode formed on the semiconductor layer, and the substrate and the semiconductor layer include: A via hole penetrating the substrate and the semiconductor layer is formed, and the via hole is cut off from the first via hole formed in at least the first via hole penetrating the semiconductor layer and the substrate under the first via hole. A second via hole having a large area, and the ohmic electrode is provided on the first via hole.

上記構成において、前記半導体層と前記オーミック電極との接触領域の外周端は、前記基板の厚み方向からみた場合に、前記第2ビアホールの内側に位置する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The outer peripheral end of the contact area | region of the said semiconductor layer and the said ohmic electrode can be set as the structure located inside the said 2nd via hole, when it sees from the thickness direction of the said board | substrate.

上記構成において、前記半導体層と前記オーミック電極との接触領域の外周端は、前記基板の厚み方向からみた場合に、前記第2ビアホールの外側に位置する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The outer peripheral end of the contact area | region of the said semiconductor layer and the said ohmic electrode can be set as the structure located outside the said 2nd via hole, when it sees from the thickness direction of the said board | substrate.

上記構成において、前記第2ビアホールは、前記基板を貫通し、前記半導体層の下面に達する構成とすることができる。   In the above configuration, the second via hole may penetrate the substrate and reach the lower surface of the semiconductor layer.

上記構成において、前記第2ビアホールは前記基板を貫通せず、前記半導体層の下面に達しない構成とすることができる。   In the above configuration, the second via hole may not penetrate the substrate and may not reach the lower surface of the semiconductor layer.

上記構成において、前記オーミック電極の下側における、前記第1ビアホールの開口部の内側に設けられたビア受けパッドを備える構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: It can be set as the structure provided with the via | veer receiving pad provided inside the opening part of the said 1st via hole in the lower side of the said ohmic electrode.

上記構成において、前記ビア受けパッドと前記半導体層との接触領域の外周端は、前記基板の厚み方向からみた場合に、前記第2ビアホールの内側に位置する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The outer peripheral end of the contact area | region of the said via receiving pad and the said semiconductor layer can be set as the structure located inside a said 2nd via hole, when it sees from the thickness direction of the said board | substrate.

上記構成において、前記基板はSiC基板を含み、前記半導体層は窒化物半導体層を含む構成とすることができる。   In the above configuration, the substrate may include a SiC substrate, and the semiconductor layer may include a nitride semiconductor layer.

本半導体装置の製造方法は、基板の上面に半導体層が設けられた半導体装置の製造方法であって、前記半導体層の上側をエッチングし、前記半導体層を貫通する第1ビアホールを形成する工程と、前記半導体層上における前記第1ビアホールの開口部にソース又はドレイン電極を構成するオーミック電極を形成する工程と、前記基板をエッチングし、前記基板の下面から前記第1ビアホールに達する第2ビアホールを形成する工程と、を有する。   The method for manufacturing a semiconductor device is a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor layer is provided on an upper surface of a substrate, the step of etching an upper side of the semiconductor layer and forming a first via hole penetrating the semiconductor layer; Forming an ohmic electrode constituting a source or drain electrode in the opening of the first via hole on the semiconductor layer, and etching the substrate to form a second via hole reaching the first via hole from the lower surface of the substrate. Forming.

本発明によれば、ビアホール上にオーミック電極が形成された半導体装置において、装置の小型化を図ることができる。   According to the present invention, in a semiconductor device in which an ohmic electrode is formed on a via hole, the size of the device can be reduced.

図1は、比較例に係る半導体装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a semiconductor device according to a comparative example. 図2は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図3は、実施例1及びその変形例に係る半導体装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the semiconductor device according to the first embodiment and a modification thereof. 図4は、実施例1及び比較例に係る半導体装置の構成を示す上面図である。FIG. 4 is a top view illustrating the configuration of the semiconductor device according to Example 1 and the comparative example. 図5は、実施例2に係る半導体装置の製造方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 図6は、実施例2及びその変形例に係る半導体装置の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a semiconductor device according to the second embodiment and its modification.

(比較例)
最初に、比較例に係る半導体装置について説明する。
(Comparative example)
First, a semiconductor device according to a comparative example will be described.

図1(a)〜(b)は、比較例に係る半導体装置の断面模式図である。図1(a)に示すように、基板10上に半導体層12が形成され、基板10及び半導体層12を貫通するビアホール30が形成されている。以下の説明では、基板10の2つの主面のうち、半導体層12が形成された側の主面を上面、反対側の主面を下面と称する。   1A to 1B are schematic cross-sectional views of a semiconductor device according to a comparative example. As shown in FIG. 1A, the semiconductor layer 12 is formed on the substrate 10, and the via hole 30 penetrating the substrate 10 and the semiconductor layer 12 is formed. In the following description, of the two main surfaces of the substrate 10, the main surface on the side where the semiconductor layer 12 is formed is referred to as the upper surface, and the opposite main surface is referred to as the lower surface.

半導体層12上におけるビアホール30の開口部には、開口部を覆うようにビア受けパッド22が形成されている。さらに、ビア受けパッド22を覆うようにオーミック電極20が形成されている。オーミック電極20は、例えばトランジスタを構成する電極の一部(例えば、ソース電極)である。オーミック電極20及び半導体層12は、ビア受けパッド22の周辺部において接触している。ビアホール30の内部及び基板10の下面はメタライズされ、金属層40が形成されている。金属層40は、ビア受けパッド22を介してオーミック電極20と電気的に接続されている。   A via receiving pad 22 is formed in the opening of the via hole 30 on the semiconductor layer 12 so as to cover the opening. Furthermore, an ohmic electrode 20 is formed so as to cover the via receiving pad 22. The ohmic electrode 20 is, for example, a part of an electrode constituting a transistor (for example, a source electrode). The ohmic electrode 20 and the semiconductor layer 12 are in contact with each other at the periphery of the via receiving pad 22. The inside of the via hole 30 and the lower surface of the substrate 10 are metallized to form a metal layer 40. The metal layer 40 is electrically connected to the ohmic electrode 20 via the via receiving pad 22.

図1(b)は、オーミック電極20が図1(a)のビア受けパッド22を兼ねている例である。オーミック電極20は、ビアホール30の開口部を覆うように形成され、開口部の周辺部において半導体層12と接触している。   FIG. 1B is an example in which the ohmic electrode 20 also serves as the via receiving pad 22 in FIG. The ohmic electrode 20 is formed so as to cover the opening of the via hole 30 and is in contact with the semiconductor layer 12 at the periphery of the opening.

図1(a)〜(b)のいずれの場合も、オーミック電極20はビアホール30の開口部より広い範囲に形成される。また、ビアホール30は基板10及び半導体層12を一気にエッチングすることにより形成されるため、ビアホールの上側と下側の開口断面積はほぼ等しくなる。すなわち、オーミック電極20の大きさは、ビアホール30の下側の開口断面積に依存する。ビアホール30の下側の開口断面積を小さくすることは、ビアホール30内のメタライズが悪化する場合があるため難しい。以上のことから、オーミック電極20の小型化及び半導体装置の小型化を図ることは難しい。   In any case of FIGS. 1A to 1B, the ohmic electrode 20 is formed in a wider range than the opening of the via hole 30. Further, since the via hole 30 is formed by etching the substrate 10 and the semiconductor layer 12 at once, the upper and lower opening cross-sectional areas of the via hole are substantially equal. That is, the size of the ohmic electrode 20 depends on the opening cross-sectional area below the via hole 30. It is difficult to reduce the opening cross-sectional area on the lower side of the via hole 30 because the metallization in the via hole 30 may deteriorate. From the above, it is difficult to reduce the size of the ohmic electrode 20 and the size of the semiconductor device.

図2(a)〜(e)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図2(a)に示すように、基板10の上面に半導体層12が形成されている。基板10には、例えばSiCを材料とする基板を用いることができる。半導体層12は、例えば窒化物半導体層を含み、例えば、AlNを材料とする300nmのバッファ層、i−GaNを材料とする1000nmのチャネル層(電子走行層)、n−AlGaNを材料とする20nmの電子供給層、及びn−GaNを材料とする5nmのキャップ層が順に積層された構成を有する。窒化物半導体層には、他にも、GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlN、InAlGaN等を用いることができる。   2A to 2E are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 2A, the semiconductor layer 12 is formed on the upper surface of the substrate 10. As the substrate 10, for example, a substrate made of SiC can be used. The semiconductor layer 12 includes, for example, a nitride semiconductor layer, and includes, for example, a 300 nm buffer layer made of AlN, a 1000 nm channel layer (electron transit layer) made of i-GaN, and 20 nm made of n-AlGaN. The electron supply layer and the 5 nm cap layer made of n-GaN are sequentially stacked. In addition, GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, InAlN, InAlGaN, or the like can be used for the nitride semiconductor layer.

最初に、図2(a)に示すように、半導体層12の上側をエッチングし、半導体層12を貫通する第1ビアホール32を形成する。第1ビアホール32の形成は、例えばエッチングガスとして塩素系のガス(例えば、Cl)を用い、例えば反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)方式のドライエッチングにより行うことができる。 First, as shown in FIG. 2A, the upper side of the semiconductor layer 12 is etched to form a first via hole 32 that penetrates the semiconductor layer 12. The formation of the first via hole 32 can be performed by using, for example, a chlorine-based gas (for example, Cl 2 ) as an etching gas and performing, for example, reactive ion etching (RIE) dry etching.

次に、図2(b)に示すように、第1ビアホール32の内部及びその周辺の半導体層12を覆うように、ビア受けパッド22を形成する。ビア受けパッド22には、例えばNiを用いることができる。次に、図2(c)に示すように、ビア受けパッド22を覆うように、第1ビアホール32の上方にオーミック電極20(以下、ソース電極20と称する)を形成する。同時に、半導体層12上に、ゲート電極50及びドレイン電極60を形成する。ソース電極20、ゲート電極50、ドレイン電極60、及びチャネル層として機能する半導体層12により、電界効果型トランジスタが構成される。これらの電極材料には、例えばTi及びAlの積層体や、Ta及びAlの積層体を用いることができる。   Next, as illustrated in FIG. 2B, the via receiving pad 22 is formed so as to cover the semiconductor layer 12 in and around the first via hole 32. For example, Ni can be used for the via receiving pad 22. Next, as shown in FIG. 2C, an ohmic electrode 20 (hereinafter referred to as the source electrode 20) is formed above the first via hole 32 so as to cover the via receiving pad 22. At the same time, the gate electrode 50 and the drain electrode 60 are formed on the semiconductor layer 12. The source electrode 20, the gate electrode 50, the drain electrode 60, and the semiconductor layer 12 functioning as a channel layer constitute a field effect transistor. As these electrode materials, for example, a laminate of Ti and Al or a laminate of Ta and Al can be used.

次に、図2(d)に示すように、基板10の下側をエッチングし、第2ビアホール34を形成する。第2ビアホール34は、基板10を貫通して半導体層12の下面に達する貫通孔であり、第1ビアホール32に比べて開口断面積が大きい。第2ビアホール34の形成は、例えばエッチングガスとしてフッ素系のガス(例えば、SF)を用い、例えばRIE方式のドライエッチングにより行うことができる。第1ビアホール32及び第2ビアホール34を合わせたビアホール30は、基板10及び半導体層12を貫通している。 Next, as shown in FIG. 2D, the lower side of the substrate 10 is etched to form a second via hole 34. The second via hole 34 is a through hole that penetrates the substrate 10 and reaches the lower surface of the semiconductor layer 12, and has a larger opening cross-sectional area than the first via hole 32. The formation of the second via hole 34 can be performed by, for example, RIE dry etching using, for example, a fluorine-based gas (eg, SF 6 ) as an etching gas. A via hole 30 including the first via hole 32 and the second via hole 34 penetrates the substrate 10 and the semiconductor layer 12.

最後に、図2(e)に示すように、基板10の下面及びビアホール30の内部にメタライズを施し、金属層40を形成する。金属層40は、例えばNi及びAuを含むシード層上にAuを含むめっき層が形成された構成とすることができる。基板10上面のソース電極20と、基板10下面の金属層40とは、ビア受けパッド22を介して電気的に接続される。以上の工程により、実施例1に係る半導体装置が完成する。   Finally, as shown in FIG. 2E, metallization is performed on the lower surface of the substrate 10 and the inside of the via hole 30 to form a metal layer 40. For example, the metal layer 40 may have a configuration in which a plating layer containing Au is formed on a seed layer containing Ni and Au. The source electrode 20 on the upper surface of the substrate 10 and the metal layer 40 on the lower surface of the substrate 10 are electrically connected via the via receiving pad 22. The semiconductor device according to Example 1 is completed through the above steps.

実施例1に係る半導体装置によれば、ビアホール30が、半導体層12を貫通する第1ビアホール32と、基板10を貫通する第2ビアホール34とを含む。第1ビアホール32及び第2ビアホール34を別々に形成することで、第1ビアホール32の開口断面積を第2ビアホール34の開口断面積より小さくすることができる。ソース電極20の大きさは、第1ビアホール32の開口断面積に依存するため、上記の構成により比較例に比べてソース電極20の大きさを小さくすることができる。その結果、半導体装置の小型化を図ることができる。   In the semiconductor device according to the first embodiment, the via hole 30 includes the first via hole 32 that penetrates the semiconductor layer 12 and the second via hole 34 that penetrates the substrate 10. By forming the first via hole 32 and the second via hole 34 separately, the opening sectional area of the first via hole 32 can be made smaller than the opening sectional area of the second via hole 34. Since the size of the source electrode 20 depends on the opening cross-sectional area of the first via hole 32, the size of the source electrode 20 can be reduced by the above configuration as compared with the comparative example. As a result, the semiconductor device can be reduced in size.

図3(a)は、実施例1に係る半導体装置の構成を示す図であり、図3(b)〜(d)はその変形例を示す図である。図3(a)に示すように、実施例1において、ビア受けパッド22と半導体層12との接触領域の外周端は、基板10の厚み方向からみた場合に第2ビアホール34の内側に位置している。比較例(図1(a))では、上記の接触領域の外周端が第2ビアホール34の外側に位置しているため、本実施例(図3(a))の方がビア受けパッド22(及びソース電極20)が小型化されていることが分かる。一方、実施例1においても、ソース電極20と半導体層12との接触領域の外周端は、第2ビアホール34の外側に位置している。   FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration of the semiconductor device according to the first embodiment, and FIGS. 3B to 3D are diagrams illustrating modifications thereof. As shown in FIG. 3A, in Example 1, the outer peripheral edge of the contact region between the via receiving pad 22 and the semiconductor layer 12 is located inside the second via hole 34 when viewed from the thickness direction of the substrate 10. ing. In the comparative example (FIG. 1A), since the outer peripheral edge of the contact area is located outside the second via hole 34, the via receiving pad 22 ( It can also be seen that the source electrode 20) is downsized. On the other hand, also in Example 1, the outer peripheral end of the contact region between the source electrode 20 and the semiconductor layer 12 is located outside the second via hole 34.

図3(b)は、第2ビアホール34をさらに小型化した例である。図3(a)と異なり、ソース電極20と半導体層12との接触領域の外周端は、基板10の厚み方向からみた場合に、第2ビアホール34の内側に位置している。本構成によれば、ソース電極20を小型化することにより、ソース電極20、ゲート電極50、及びドレイン電極60により構成されるトランジスタを小型化することができるため、半導体装置のさらなる小型化を図ることができる。一方、図3(a)のようにソース電極20をある程度の大きさに留めることで、ドレイン電極60(またはゲート電極50)からビアホール30内の金属層40へのリーク電流を抑制することができる。   FIG. 3B shows an example in which the second via hole 34 is further miniaturized. Unlike FIG. 3A, the outer peripheral edge of the contact region between the source electrode 20 and the semiconductor layer 12 is located inside the second via hole 34 when viewed from the thickness direction of the substrate 10. According to this configuration, since the transistor including the source electrode 20, the gate electrode 50, and the drain electrode 60 can be reduced in size by reducing the size of the source electrode 20, the semiconductor device can be further reduced in size. be able to. On the other hand, the leakage current from the drain electrode 60 (or the gate electrode 50) to the metal layer 40 in the via hole 30 can be suppressed by keeping the source electrode 20 to a certain size as shown in FIG. .

図3(c)は、ソース電極20が図3(a)のビア受けパッド22を兼ねる例である。ソース電極20の材料に、第2ビアホール34を形成する際に用いられるエッチャントに対して削られにくい性質の材料を用いることで、ビア受けパッド22を形成せずとも実施例1と同様の効果を得ることができる。本構成によれば、図2(b)に示したビア受けパッド22の形成工程を省略することができるため、製造工程数を削減することができる。また、ビア受けパッド22を設ける場合に比べて、ソース電極20を小さくすることができる。この場合、ソース電極20の材料には、例えばTi及びTaを用いることができる。ただし、上記メタルの場合はエッチング選択比が低いため、厚膜化する必要がある。   FIG. 3C shows an example in which the source electrode 20 also serves as the via receiving pad 22 in FIG. By using the material of the source electrode 20 that is hard to be etched by the etchant used when forming the second via hole 34, the same effect as in the first embodiment can be obtained without forming the via receiving pad 22. Obtainable. According to this configuration, since the step of forming the via receiving pad 22 shown in FIG. 2B can be omitted, the number of manufacturing steps can be reduced. Further, the source electrode 20 can be made smaller than when the via receiving pad 22 is provided. In this case, for example, Ti and Ta can be used as the material of the source electrode 20. However, in the case of the above metal, since the etching selectivity is low, it is necessary to increase the film thickness.

図3(d)は、ソース電極20が図3(b)のビア受けパッド22を兼ねる例である。この場合も、図3(b)に示す例に比べて工程数を削減し、ソース電極20を小さくすることができる。製造方法及びソース電極20の材料に着いては図3(c)と共通のため、詳細な説明を省略する。   FIG. 3D shows an example in which the source electrode 20 also serves as the via receiving pad 22 in FIG. Also in this case, the number of steps can be reduced and the source electrode 20 can be made smaller than in the example shown in FIG. Since the manufacturing method and the material of the source electrode 20 are the same as in FIG. 3C, detailed description thereof is omitted.

図4(a)は実施例1に係る半導体装置を示す上面模式図であり、図3(b)の形態に対応している。図4(b)は比較例に係る半導体装置を示す上面模式図であり、図1(a)の形態に対応している。   FIG. 4A is a schematic top view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment, and corresponds to the configuration of FIG. FIG. 4B is a schematic top view showing a semiconductor device according to a comparative example, and corresponds to the configuration of FIG.

図4(a)に示すように、半導体装置は、ソース電極20、ゲート電極50、及びドレイン電極60を含む。ゲート電極50は、パッド52及びパッド52から分岐する複数のフィンガ54を含む。ドレイン電極60も同様に、パッド62及びパッド62から分岐する複数のフィンガ64を含む。ゲート電極50のフィンガ54は並行に配置され、フィンガ54の間の領域にソース電極20及びドレイン電極60のフィンガ64が交互に配置されている。ゲート電極50及びドレイン電極60は、互いに対向して配置されている。   As shown in FIG. 4A, the semiconductor device includes a source electrode 20, a gate electrode 50, and a drain electrode 60. The gate electrode 50 includes a pad 52 and a plurality of fingers 54 branched from the pad 52. Similarly, the drain electrode 60 includes a pad 62 and a plurality of fingers 64 branched from the pad 62. The fingers 54 of the gate electrode 50 are arranged in parallel, and the fingers 64 of the source electrode 20 and the drain electrode 60 are alternately arranged in a region between the fingers 54. The gate electrode 50 and the drain electrode 60 are disposed to face each other.

第1ビアホール32及び第2ビアホール34を、図中にて点線で示す。第1ビアホール32は、ソース電極20の形成領域の内部に位置する。一方、第2ビアホール34は、ソース電極20の形成領域の外部に位置する。すなわち、実施例1(図4(b))では、ソース電極20の形成領域は第2ビアホール34より小さくなっている。   The first via hole 32 and the second via hole 34 are indicated by dotted lines in the drawing. The first via hole 32 is located inside the region where the source electrode 20 is formed. On the other hand, the second via hole 34 is located outside the region where the source electrode 20 is formed. That is, in Example 1 (FIG. 4B), the formation region of the source electrode 20 is smaller than the second via hole 34.

一方、比較例(図4(b))では、図4(a)の第2ビアホール34と同じ大きさを有するビアホール30が、ソース電極20の形成領域の内部に位置する。すなわち、ソース電極20の形成領域はビアホール30より大きくなっている。その結果、ソース電極20を挟んだ2つのゲート電極50間の距離は、実施例1に比べて大きくなっている。   On the other hand, in the comparative example (FIG. 4B), the via hole 30 having the same size as the second via hole 34 in FIG. 4A is located inside the region where the source electrode 20 is formed. That is, the formation region of the source electrode 20 is larger than the via hole 30. As a result, the distance between the two gate electrodes 50 sandwiching the source electrode 20 is larger than that in the first embodiment.

例えば、第2ビアホール34の幅方向(長手方向に交差する方向)の長さ(図4(a)の符号A)を50μmとした場合、比較例(図4(b))ではソース電極20の幅方向の長さ(符号B)は約80μmとなる。これに対し、実施例1の変形例(図4(a))ではその長さを約48μmとすることができる。また、実施例1(図3(a))の場合でも、その長さを約60μmとすることができる。このように、実施例1に係る半導体装置によれば、ビアホール上にオーミック電極が形成された半導体装置において、装置の小型化を図ることができる。   For example, when the length in the width direction (direction intersecting the longitudinal direction) of the second via hole 34 (symbol A in FIG. 4A) is 50 μm, in the comparative example (FIG. 4B), the source electrode 20 The length in the width direction (symbol B) is about 80 μm. On the other hand, in the modified example of the first embodiment (FIG. 4A), the length can be about 48 μm. Also in the case of Example 1 (FIG. 3A), the length can be about 60 μm. Thus, according to the semiconductor device according to the first embodiment, the size of the device can be reduced in the semiconductor device in which the ohmic electrode is formed on the via hole.

実施例2は、第1ビアホールを基板の途中まで形成する例である。   Example 2 is an example in which the first via hole is formed partway through the substrate.

図5(a)〜(e)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施例1と共通する部分については、詳細な説明を省略する。図5(a)に示すように、基板10の上面に半導体層12が形成されている。   5A to 5E are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. Detailed description of portions common to the first embodiment will be omitted. As shown in FIG. 5A, the semiconductor layer 12 is formed on the upper surface of the substrate 10.

最初に、図5(a)に示すように、半導体層12の上側をエッチングし、半導体層12を貫通する第1ビアホール32を形成する。このとき、半導体層12だけでなく、その先の基板10の一部が削れるまでエッチングを行う。基板10をSiC基板とし、半導体層12を窒化物半導体層とする場合、第1ビアホール32の形成は、窒化物半導体層のエッチングは例えばエッチングガスとして塩素系のガス(例えば、塩素(Cl))を用い、例えばRIE方式のドライエッチングにより行い、続いて基板10の一部のエッチングは例えばエッチングガスとしてフッ素系のガス(例えば、フッ化硫黄(SF))を用い、例えばRIE方式のドライエッチングにより行う、連続エッチングを行うことにより形成できる。 First, as shown in FIG. 5A, the upper side of the semiconductor layer 12 is etched to form a first via hole 32 that penetrates the semiconductor layer 12. At this time, etching is performed until not only the semiconductor layer 12 but also a part of the substrate 10 ahead is scraped. When the substrate 10 is an SiC substrate and the semiconductor layer 12 is a nitride semiconductor layer, the first via hole 32 is formed by etching the nitride semiconductor layer using, for example, a chlorine-based gas (for example, chlorine (Cl)) as an etching gas. For example, a part of the substrate 10 is etched by using, for example, a fluorine-based gas (for example, sulfur fluoride (SF 6 )) as an etching gas, for example, RIE dry etching. It can be formed by performing continuous etching.

次に、図5(b)に示すように、第1ビアホール32の内部及びその周辺の半導体層12を覆うように、ビア受けパッド22を形成する。次に、図5(c)に示すように、ビア受けパッド22を覆うようにソース電極20を形成すると共に、半導体層12上にゲート電極50及びドレイン電極60を形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, the via receiving pad 22 is formed so as to cover the semiconductor layer 12 inside and around the first via hole 32. Next, as shown in FIG. 5C, the source electrode 20 is formed so as to cover the via receiving pad 22, and the gate electrode 50 and the drain electrode 60 are formed on the semiconductor layer 12.

次に、図5(d)に示すように、基板10の下側をエッチングし、第2ビアホール34を形成する。第2ビアホール34は、基板10の下側から第1ビアホール32に達する貫通孔であり、第1ビアホール32に比べて開口断面積が大きい。第2ビアホール34の形成は、例えばエッチングガスとしてフッ素系のガス(例えば、SF)を用い、例えばRIE方式のドライエッチングにより行うことができる。エッチングの時間を所定の時間に制御することで、ビア受けパッド22が露出する位置でエッチングを停止することができる。 Next, as shown in FIG. 5D, the lower side of the substrate 10 is etched to form a second via hole 34. The second via hole 34 is a through hole that reaches the first via hole 32 from the lower side of the substrate 10 and has a larger opening cross-sectional area than the first via hole 32. The formation of the second via hole 34 can be performed by, for example, RIE dry etching using, for example, a fluorine-based gas (eg, SF 6 ) as an etching gas. By controlling the etching time to a predetermined time, the etching can be stopped at a position where the via receiving pad 22 is exposed.

最後に、図5(e)に示すように、基板10の下面及びビアホール30の内部にメタライズを施し、金属層40を形成する。以上の工程により、実施例2に係る半導体装置が完成する。   Finally, as shown in FIG. 5E, metallization is performed on the lower surface of the substrate 10 and the inside of the via hole 30 to form the metal layer 40. Through the above steps, the semiconductor device according to Example 2 is completed.

図6(a)は、実施例2に係る半導体装置の構成を示す図であり、図6(b)〜(d)はその変形例を示す図である。図6(a)〜(d)は、それぞれ実施例1の図3(a)〜(d)の形態に対応している。すなわち、図6(a)では、ソース電極20と半導体層12との接触領域の外周端が第2ビアホール34の外側に位置し、図6(b)では同領域が第2ビアホール34の内側に位置している。また、図6(c)及び図6(d)は、それぞれソース電極20がビア受けパッド22を兼ねる例である。   FIG. 6A is a diagram illustrating a configuration of a semiconductor device according to the second embodiment, and FIGS. 6B to 6D are diagrams illustrating modifications thereof. 6A to 6D correspond to the forms of FIGS. 3A to 3D of the first embodiment, respectively. That is, in FIG. 6A, the outer peripheral edge of the contact region between the source electrode 20 and the semiconductor layer 12 is located outside the second via hole 34, and in FIG. 6B, the same region is located inside the second via hole 34. positioned. FIG. 6C and FIG. 6D are examples in which the source electrode 20 also serves as the via receiving pad 22.

実施例2に係る半導体装置によれば、実施例1と同様に、第1ビアホール32及び第2ビアホール34を別々に形成することで、ソース電極20の大きさを小さくし、半導体装置の小型化を図ることができる。また、第1ビアホール32を基板10の途中まで形成することで、第2ビアホール34が基板10を貫通せず、半導体層12の下面まで達しない構成となっている。これにより、第2ビアホール34と半導体層12との間が基板10により隔てられる構成となるため、ドレイン電極60(またはゲート電極50)からビアホール30内の金属層40へのリーク電流を抑制することができる。   According to the semiconductor device according to the second embodiment, as in the first embodiment, the first via hole 32 and the second via hole 34 are separately formed, thereby reducing the size of the source electrode 20 and reducing the size of the semiconductor device. Can be achieved. In addition, by forming the first via hole 32 partway through the substrate 10, the second via hole 34 does not penetrate the substrate 10 and does not reach the lower surface of the semiconductor layer 12. As a result, the second via hole 34 and the semiconductor layer 12 are separated from each other by the substrate 10, so that leakage current from the drain electrode 60 (or the gate electrode 50) to the metal layer 40 in the via hole 30 is suppressed. Can do.

実施例1〜2では、基板10をSiC基板とし、半導体層12を窒化物半導体層とする例について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではない。例えば、基板10にSi基板やGaAs基板を用いてもよいし、半導体層12に窒化物半導体層以外の半導体層を用いてもよい。   In the first and second embodiments, the example in which the substrate 10 is a SiC substrate and the semiconductor layer 12 is a nitride semiconductor layer has been described. However, the present invention is not limited to the above configuration. For example, a Si substrate or a GaAs substrate may be used for the substrate 10, and a semiconductor layer other than the nitride semiconductor layer may be used for the semiconductor layer 12.

実施例1〜2では、フィンガ状の電極が配列されたトランジスタを構成するソース電極20の直下に、ビアホール30を形成したアイランドソースビア(ISV:Island Source Via)方式の半導体装置を例に説明した。本発明は上記構成に対し特に好適であるが、ドレイン電極の直下にビアホールを形成する場合についても同様に適用することができる。   In the first and second embodiments, an island source via (ISV) type semiconductor device in which a via hole 30 is formed immediately below the source electrode 20 constituting the transistor in which finger-like electrodes are arranged has been described as an example. . Although the present invention is particularly suitable for the above configuration, the present invention can be similarly applied to a case where a via hole is formed immediately below the drain electrode.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

10 基板
12 半導体層
20 オーミック電極(ソース電極)
30 ビアホール
32 第1ビアホール
34 第2ビアホール
40 金属層
50 ゲート電極
60 ドレイン電極
10 substrate 12 semiconductor layer 20 ohmic electrode (source electrode)
30 via hole 32 first via hole 34 second via hole 40 metal layer 50 gate electrode 60 drain electrode

Claims (9)

基板と、
前記基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層上に形成されたソース又はドレイン電極を構成するオーミック電極と、を備え、
前記基板及び前記半導体層には、前記基板及び前記半導体層を貫通するビアホールが形成され、
前記ビアホールは、少なくとも前記半導体層を貫通する第1ビアホールと、前記第1ビアホール下の前記基板に形成された、前記第1ビアホールより開口断面積が大きい第2ビアホールと、を含み、
前記オーミック電極は、前記第1ビアホールの上に設けられていることを特徴とする半導体装置。
A substrate,
A semiconductor layer formed on the substrate;
An ohmic electrode constituting a source or drain electrode formed on the semiconductor layer,
In the substrate and the semiconductor layer, a via hole penetrating the substrate and the semiconductor layer is formed,
The via hole includes at least a first via hole penetrating the semiconductor layer and a second via hole formed in the substrate under the first via hole and having a larger opening cross-sectional area than the first via hole,
The semiconductor device, wherein the ohmic electrode is provided on the first via hole.
前記半導体層と前記オーミック電極との接触領域の外周端は、前記基板の厚み方向からみた場合に、前記第2ビアホールの内側に位置す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, wherein an outer peripheral end of a contact region between the semiconductor layer and the ohmic electrode is located inside the second via hole when viewed from a thickness direction of the substrate. 前記半導体層と前記オーミック電極との接触領域の外周端は、前記基板の厚み方向からみた場合に、前記第2ビアホールの外側に位置す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, wherein an outer peripheral end of a contact region between the semiconductor layer and the ohmic electrode is located outside the second via hole when viewed from a thickness direction of the substrate. 前記第2ビアホールは、前記基板を貫通し、前記半導体層の下面に達することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second via hole penetrates the substrate and reaches a lower surface of the semiconductor layer. 前記第2ビアホールは前記基板を貫通せず、前記半導体層の下面に達しないことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second via hole does not penetrate the substrate and does not reach a lower surface of the semiconductor layer. 前記オーミック電極の下側における、前記第1ビアホールの開口部の内側に設けられたビア受けパッドを備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a via receiving pad provided inside the opening of the first via hole on the lower side of the ohmic electrode. 前記ビア受けパッドと前記半導体層との接触領域の外周端は、前記基板の厚み方向からみた場合に、前記第2ビアホールの内側に位置することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein an outer peripheral end of a contact region between the via receiving pad and the semiconductor layer is located inside the second via hole when viewed from a thickness direction of the substrate. 前記基板はSiC基板を含み、前記半導体層は窒化物半導体層を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate includes a SiC substrate, and the semiconductor layer includes a nitride semiconductor layer. 基板の上面に半導体層が設けられた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体層の上側をエッチングし、前記半導体層を貫通する第1ビアホールを形成する工程と、
前記半導体層上における前記第1ビアホールの開口部にソース又はドレイン電極を構成するオーミック電極を形成する工程と、
前記基板をエッチングし、前記基板の下面から前記第1ビアホールに達する第2ビアホールを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor layer is provided on an upper surface of a substrate,
Etching the upper side of the semiconductor layer to form a first via hole penetrating the semiconductor layer;
Forming an ohmic electrode constituting a source or drain electrode in an opening of the first via hole on the semiconductor layer;
Etching the substrate to form a second via hole reaching the first via hole from the lower surface of the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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