JP2013098317A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板10のうちGaN層13に2次元電子ガスが生成される領域が活性層領域40とされ、基板10のうち活性層領域40を除いた領域にイオン注入が施されていることにより活性層領域40とは電気的に分離された領域が素子分離領域50とされている。そして、ダイオード60は素子分離領域50の層間絶縁膜20の上に配置されている。このように、基板10のうちHEMTが動作する活性層領域40とは異なる素子分離領域50を設けているので、1つの基板10にGaN−HEMTとダイオード60の両方を備えた構造とすることができる。
【選択図】図2
Description
図1は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。また、図2は図1のA−A’断面図であり、図3は図1のB−B’断面図である。図1〜図3を参照して本実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。上記第1実施形態では、基板10に対するイオン注入によって活性層領域40とは電気的に分離された素子分離領域50を構成していた。本実施形態では、イオン注入ではなく、メサエッチングによって素子分離領域50を構成していることが特徴となっている。
本実施形態では、第1、第2実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、支持基板11上の積層構造のうち活性層領域40以外の部分を全て除去することにより、素子分離領域50を設けていることが特徴となっている。
本実施形態では、第1〜第3実施形態と異なる部分について説明する。上記各実施形態では、保護素子であるダイオード60、61としてポリシリコンダイオードを採用していたが、本実施形態ではショットキーレベルシフトダイオードを採用したことが特徴となっている。すなわち、電圧の伝達手段をPN接合の逆方向特性を持つポリシリコンダイオードからショットキーダイオードの順方向特性を持つショットキーレベルシフトダイオードに変更した構成を提案する。
本実施形態では、第4実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、ダイオード70、71としてショットキーレベルシフトダイオードを採用した構成において、素子分離領域50にメサエッチングを施したことが特徴となっている。
上記各実施形態で示された構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態ではソース引き出し配線33や第1引き出し配線36等の引き出し配線の材料としてTi/Al層を採用していたが、これは一例であり、他の導電物質を採用しても良い。また、上記各実施形態では、GaN−HEMT構造のチャネル層としてバリア層よりAl比率の低い窒化アルミニウムガリウム層を用いても良いし、バリア層として窒化アルミニウムインジウム層を用いても良い。さらに、基板10を構成する支持基板11として単結晶Si基板が用いられていたが、サファイア基板やSiC基板等の他の基板が用いられても良い。
13 窒化ガリウム層
14 窒化アルミニウムガリウム層
20 層間絶縁膜
21 LOCOS膜
30 ソース電極
31 ドレイン電極
32 ゲート電極
34 ドレイン引き出し配線
35 ゲート引き出し配線
36 第1引き出し配線
37 第2引き出し配線
40 活性層領域
50 素子分離領域
60、70 ゲート−ドレイン間のダイオード
61、71 ゲート−ソース間のダイオード
Claims (22)
- 2次元電子ガスが生成されると共にチャネル層として機能する窒化ガリウム層(13)と、前記窒化ガリウム層(13)の上に積層されていると共に、バリア層として機能する窒化アルミニウムガリウム層(14)と、を含んだ基板(10)と、
前記窒化アルミニウムガリウム層(14)の上に設けられていると共に前記窒化アルミニウムガリウム層(14)とオーミック接触したソース電極(30)と、
前記窒化アルミニウムガリウム層(14)の上に前記ソース電極(30)から離間して設けられていると共に前記窒化アルミニウムガリウム層(14)とオーミック接触したドレイン電極(31)と、
前記ソース電極(30)と前記ドレイン電極(31)との間の前記窒化アルミニウムガリウム層(14)の上に形成された層間絶縁膜(20、21)と、
前記層間絶縁膜(20、21)の上に形成されたゲート電極(32)と、を有する高電子移動度トランジスタが構成されており、
前記基板(10)のうち前記窒化ガリウム層(13)に前記2次元電子ガスが生成される領域が活性層領域(40)として機能するように構成された半導体装置であって、
アノードが前記ゲート電極(32)に電気的に接続されていると共にカソードが前記ドレイン電極(31)に電気的に接続されたゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)を備えていることを特徴とする半導体装置。 - 前記基板(10)のうち前記活性層領域(40)を除いた領域の少なくとも一部が、前記活性層領域(40)とは電気的に分離された素子分離領域(50)とされ、
前記ダイオード(60、70)は、前記素子分離領域(50)に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記素子分離領域(50)は、当該素子分離領域(50)における前記窒化ガリウム層(13)と前記窒化アルミニウムガリウム層(14)とにイオン注入されたことにより前記活性層領域(40)とは電気的に分離されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記素子分離領域(50)は、当該素子分離領域(50)における前記窒化ガリウム層(13)と前記窒化アルミニウムガリウム層(14)とがメサエッチングされたことにより前記活性層領域(40)とは電気的に分離されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記素子分離領域(50)は、当該素子分離領域(50)に位置する前記窒化ガリウム層(13)と前記窒化アルミニウムガリウム層(14)との全てが除去されたことにより前記活性層領域(40)とは電気的に分離されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記素子分離領域(50)には、前記窒化アルミニウムガリウム層(14)の上に形成された前記層間絶縁膜(20、21)が設けられており、
前記ダイオード(60、70)は、前記層間絶縁膜(20、21)の上に配置されていることを特徴とする請求項2ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記ダイオード(60、70)は、ポリシリコンにより形成された第1導電型層(62)と第2導電型層(63)との電気的接続により構成されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 前記ダイオード(60、70)は、ショットキー電極(72)とオーミック電極(73)とにより構成されたショットキーレベルシフトダイオードであることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極(32)に接続されたゲート引き出し配線(35)と、
前記ドレイン電極(31)接続されたドレイン引き出し配線(34)と、
前記ダイオード(60、70)のアノードと前記ゲート引き出し配線(35)とに接続された第1引き出し配線(36)と、
前記ダイオード(60、70)のカソードと前記ドレイン引き出し配線(34)とに接続された第2引き出し配線(37)と、を備えていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の半導体装置。 - アノードが前記ソース電極(30)に電気的に接続されていると共にカソードが前記ゲート電極(32)に電気的に接続されたゲート−ソース間のダイオード(61、71)を備えていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記ゲート−ソース間のダイオード(61、71)は、前記基板(10)のうち前記活性層領域(40)を除いた領域の少なくとも一部が、前記活性層領域(40)とは電気的に分離された素子分離領域(50)に配置されていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極(32)に接続されたゲート引き出し配線(35)と、
前記ソース電極(30)に接続されたソース引き出し配線(33)と、
前記ゲート−ソース間のダイオード(61、71)のカソードと前記ゲート引き出し配線(35)とに接続された第1引き出し配線(36)と、
前記ゲート−ソース間のダイオード(61、71)のアノードと前記ソース引き出し配線(33)とに接続された第3引き出し配線(38)と、を備えていることを特徴とする請求項10または11に記載の半導体装置。 - 2次元電子ガスが生成されると共にチャネル層として機能する窒化ガリウム層(13)と、前記窒化ガリウム層(13)の上に積層されていると共に、バリア層として機能する窒化アルミニウムガリウム層(14)と、を含んだ基板(10)と、
前記窒化アルミニウムガリウム層(14)の上に設けられていると共に前記窒化アルミニウムガリウム層(14)とオーミック接触したソース電極(30)と、
前記窒化アルミニウムガリウム層(14)の上に前記ソース電極(30)から離間して設けられていると共に前記窒化アルミニウムガリウム層(14)とオーミック接触したドレイン電極(31)と、
前記ソース電極(30)と前記ドレイン電極(31)との間の前記窒化アルミニウムガリウム層(14)の上に形成された層間絶縁膜(20、21)と、
前記層間絶縁膜(20、21)の上に形成されたゲート電極(32)と、を有する高電子移動度トランジスタが構成されており、
前記基板(10)のうち前記窒化ガリウム層(13)に前記2次元電子ガスが生成される領域が活性層領域(40)として機能するように構成された半導体装置の製造方法であって、
前記基板(10)を用意する工程と、
前記基板(10)のうち前記活性層領域(40)となる領域を除いた少なくとも一部の領域に、前記活性層領域(40)とは電気的に分離される素子分離領域(50)を形成する工程と、
前記基板(10)のうち前記活性層領域(40)となる領域に前記高電子移動度トランジスタを形成する工程と、
前記素子分離領域(50)に、アノードが前記ゲート電極(32)に接続されていると共にカソードが前記ドレイン電極(31)に接続されたゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記素子分離領域(50)を形成する工程では、前記基板(10)のうち前記素子分離領域(50)となる領域に位置する前記窒化ガリウム層(13)と前記窒化アルミニウムガリウム層(14)とにイオン注入することにより、前記活性層領域(40)とは電気的に分離された前記素子分離領域(50)を形成することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記素子分離領域(50)を形成する工程では、前記基板(10)のうち前記素子分離領域(50)となる領域に位置する前記窒化ガリウム層(13)と前記窒化アルミニウムガリウム層(14)とをメサエッチングすることにより、前記活性層領域(40)とは電気的に分離された前記素子分離領域(50)を形成することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記素子分離領域(50)を形成する工程では、前記基板(10)のうち前記素子分離領域(50)となる領域に位置する前記窒化ガリウム層(13)と前記窒化アルミニウムガリウム層(14)との全てを除去することにより、前記活性層領域(40)とは電気的に分離された前記素子分離領域(50)を形成することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記素子分離領域(50)を形成する工程では、前記窒化アルミニウムガリウム層(14)の上に前記層間絶縁膜(20、21)を形成する工程が含まれており、
前記ゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)を形成する工程では、前記層間絶縁膜(20、21)の上に前記ゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)を形成することを特徴とする請求項13ないし16のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)を形成する工程では、ポリシリコンの第1導電型層(62)と第2導電型層(63)とにより構成されたポリシリコンダイオードを形成することを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)を形成する工程では、ショットキー電極(72)とオーミック電極(73)とにより構成されたショットキーレベルシフトダイオードを形成することを特徴とする請求項13ないし15のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)を形成する工程の後、前記ゲート電極(32)に接続されるゲート引き出し配線(35)と、前記ドレイン電極(31)接続されるドレイン引き出し配線(34)と、前記ゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)のアノードと前記ゲート引き出し配線(35)とを接続する第1引き出し配線(36)と、前記ゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)のカソードと前記ドレイン引き出し配線(34)とを接続する第2引き出し配線(37)と、を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項13ないし19のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート−ドレイン間のダイオード(60、70)を形成する工程では、前記素子分離領域(50)に、アノードが前記ソース電極(30)に接続されていると共にカソードが前記ゲート電極(32)に接続されたゲート−ソース間のダイオード(61、71)を形成することを特徴とする請求項13ないし20のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート−ソース間のダイオード(61、71)を形成する工程の後、前記ゲート電極(32)に接続されるゲート引き出し配線(35)と、前記ソース電極(30)に接続されるソース引き出し配線(33)と、前記ゲート−ソース間のダイオード(61、71)のカソードと前記ゲート引き出し配線(35)とを接続する第1引き出し配線(36)と、前記ゲート−ソース間のダイオード(61、71)のアノードと前記ソース引き出し配線(33)とを接続する第3引き出し配線(38)と、を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項21に記載の半導体装置の製造方法。
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