JP2016195196A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.
HEMT(High Electron Mobility Transistor)やMESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)を含むFET及びMIM(Metal Insulator Metal)キャパシタを有するMMIC増幅器を用いることにより、レーダー装置やマイクロ波通信機器を小型化することができる。
MIMキャパシタとHEMTとを同一基板上に形成したMMIC増幅器等の半導体装置においては、MIMキャパシタの絶縁膜を所望の膜厚とすると共に、HEMTのゲート保護膜を薄くし、寄生容量を低減することが望ましい。
By using an MMIC amplifier having an FET including a HEMT (High Electron Mobility Transistor) and a MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) and an MIM (Metal Insulator Metal) capacitor, the radar device and the microwave communication device can be downsized. .
In a semiconductor device such as an MMIC amplifier in which an MIM capacitor and an HEMT are formed on the same substrate, the insulating film of the MIM capacitor is made to have a desired film thickness, and the gate protective film of the HEMT is made thin to reduce parasitic capacitance. Is desirable.
ゲート電極上の保護膜に起因する寄生容量を低減可能な半導体装置を提供する。 Provided is a semiconductor device capable of reducing parasitic capacitance caused by a protective film on a gate electrode.
実施形態によれば、MIMキャパシタを有する第1領域と、前記第1領域に隣接し電界効果トランジスタを有する第2領域と、を有する半導体装置であって、基板上に半導体が積層された半導体積層体と、前記第1領域の前記半導体積層体の一部の上面上に設けられた下部電極と、前記第1領域の前記下部電極の表面上に設けられた絶縁膜と、前記第2領域の前記半導体積層体上に設けられたソース電極と、前記第2領域の前記半導体積層体上に設けられたドレイン電極と、前記第2領域の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられたゲート電極と、前記第1領域内の前記半導体積層体の上面の前記下部電極が設けられていない少なくとも一部の領域、及び前記第2領域内の前記ソース電極、前記ドレイン電極又は前記ゲート電極が設けられていない部分に設けられた第1保護膜と、前記絶縁膜の表面上、前記第1保護膜の上面上、前記ソース電極の表面上、前記ゲート電極の表面上及び前記ドレイン電極の表面上に設けられた第2保護膜と、前記下部電極の上方の前記第2保護膜の上面上に設けられた上部電極と、前記上部電極の表面上及び前記第2保護膜の表面上に設けられた第3保護膜と、を備えた半導体装置が提供される。前記半導体の前記第2領域には、電子供給層及びチャネル層を含み、前記ゲート電極上の前記第2保護膜の膜厚と前記第3保護膜の膜厚との和は、前記下部電極及び前記上部電極との間の、前記絶縁膜の膜厚と前記第2保護膜の膜厚との和よりも小さい。 According to the embodiment, a semiconductor device having a first region having an MIM capacitor and a second region having a field effect transistor adjacent to the first region, wherein the semiconductor is stacked on the substrate. A lower electrode provided on a top surface of a part of the semiconductor stack in the first region, an insulating film provided on a surface of the lower electrode in the first region, and a second region Provided between the source electrode provided on the semiconductor laminate, the drain electrode provided on the semiconductor laminate in the second region, and the source electrode and drain electrode in the second region A gate electrode; at least a part of the upper surface of the semiconductor stack in the first region where the lower electrode is not provided; and the source electrode, the drain electrode, or the gate electrode in the second region. A first protective film provided in a portion not provided; a surface of the insulating film; an upper surface of the first protective film; a surface of the source electrode; a surface of the gate electrode; and a surface of the drain electrode A second protective film provided on the upper electrode; an upper electrode provided on the upper surface of the second protective film above the lower electrode; and provided on the surface of the upper electrode and on the surface of the second protective film. And a third protective film provided. The second region of the semiconductor includes an electron supply layer and a channel layer, and the sum of the thickness of the second protective film and the thickness of the third protective film on the gate electrode is the lower electrode and It is smaller than the sum of the film thickness of the insulating film and the film thickness of the second protective film between the upper electrode.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。
本実施形態に係る半導体装置は、同一基板上にMIMキャパシタ及びHEMTを形成している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view of the semiconductor device according to the present embodiment.
In the semiconductor device according to the present embodiment, the MIM capacitor and the HEMT are formed on the same substrate.
先ず、本実施形態に係る半導体装置100の構成について説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る半導体装置100は、基板101上に設けれたHEMT110を有する。HEMT110は、フィンガー形状のソース電極107と、フィンガー形状のドレイン電極105と、ソース電極107とドレイン電極105との間のゲート電極106と、を有する。さらに、半導体装置100は、基板101上に設けられたMIMキャパシタ104を有する。MIMキャパシタ104とHEMT110との間には、分離領域103が設けられている。
First, the configuration of the
As illustrated in FIG. 1, the
図2(а)は、図1のА―А線に沿った模式断面図である。
図2に示すように、本実施形態に係る半導体装置100は、MIMキャパシタ領域R1と、HEMT110の一部であるHEMT領域R2と、を有する。
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view along the line А-А in FIG.
As shown in FIG. 2, the
半導体装置100の最下層には、MIMキャパシタ領域R1及びHEMT領域R2の全面に渡って半導体積層体101が設けられている。半導体積層体101は、基板101а、バッファ層101e、チャネル層101b及び電子供給層101cがこの順に積層されて形成されている。
バッファ層101eは、例えば、窒化ガリウム(GaN)を含む半導体である。チャネル層101bは、例えば、窒化ガリウムを含む半導体である。電子供給層101cは、例えば、チャネル層101bとヘテロ接合を構成し、例えば、Al0.2Ga0.8Nを含む半導体である。
In the lowermost layer of the
The
電子供給層101cからチャネル層101bへ移動した電子は、チャネル層101b上に2次元電子ガス層(2DEG:two-dimensional electron gas)101dを形成し、高移動度かつ高密度の電子ガスとなる。
MIMキャパシタ領域R1とHEMT領域R2周辺のバッファ層101e、チャネル層101b及び電子供給層101cは、イオン注入などにより高抵抗化された分離領域103が設けられている。これにより、HEMT領域R2において、電子供給層101cからチャネル層101bへ移動した電子が、MIMキャパシタなどの他の回路要素に漏れることを抑制することができる。
The electrons that have moved from the
The
MIMキャパシタ領域R1内においては、半導体積層体101の一部の上面上に下部電極121が設けられている。下部電極121の表面上及び半導体積層体101の一部の上面上に絶縁膜122が設けられている。
In the MIM capacitor region R1, a
HEMT領域R2内においては、半導体積層体101上にMIMキャパシタ領域R1側から順に、ソース電極107、ゲート電極106及びドレイン電極105が設けられている。
In the HEMT region R2, a
MIMキャパシタ領域R1の絶縁膜122の表面上、下部電極121が設けられていない少なくとも一部の半導体積層体101上、及びHEMT領域R2内の半導体積層体101上のソース電極107、ドレイン電極105又はゲート電極106が設けられていない部分に第1保護膜102が設けられている。
On the surface of the insulating
MIMキャパシタ領域R1及びHEMT領域R2の全面、つまり絶縁膜122の表面上、第1保護膜102の上面上、ソース電極107の表面上、ゲート電極106の表面上及びドレイン電極105の表面上に第2保護膜112が設けられている。
On the entire surface of the MIM capacitor region R1 and the HEMT region R2, that is, on the surface of the insulating
下部電極121の上方の第2保護膜112の上面上に上部電極123が設けられている。上部電極123の表面上及び第2保護膜112の表面上に第3保護膜141が設けられている。
An
ソース電極107の一部は、境界面131を介して第1保護膜102と隣接している。ソース電極107は、半導体積層体101上に設けられたオーミック電極118及びその上に設けられたパッド電極119とから形成されている。パッド電極119のソース電極107からドレイン電極105へ向かう方向の長さは、オーミック電極118のソース電極107からドレイン電極105へ向かう方向の長さよりも小さく、紙面に垂直な方向から見て凸型をしている。パッド電極119は、ソース電極107への配線抵抗値を低くするために設けられている。
A part of the
ゲート電極106は、半導体積層体101上に設けられたゲート電極下部108及びその上に設けられたゲート電極上部109とから形成されている。ゲート電極上部109のソース電極107からドレイン電極105へ向かう方向の長さは、ゲート電極下部108のソース電極107からドレイン電極105へ向かう方向の長さよりも大きく、紙面に垂直な方向から見て略T字型をしている。ゲート電極上部109は、ゲート電極下部108への配線抵抗値を低くするために設けられている。
The
ドレイン電極105は、半導体積層体101上に設けられたオーミック電極128及びその上に設けられたパッド電極129とから形成されている。パッド電極129のソース電極107からドレイン電極105へ向かう方向の長さは、オーミック電極128のソース電極107からドレイン電極105へ向かう方向の長さよりも小さく、紙面に垂直な方向から見て凸型をしている。パッド電極129は、ドレイン電極105への配線抵抗値を低くするために設けられている。
下部電極121、上部電極123、分離領域103、ソース電極107、ゲート電極106及びドレイン電極105は、紙面に垂直な方向に延びている。
The
The
ソース電極107の膜厚は、ドレイン電極105の膜厚と同程度である。ゲート電極106の膜厚は、ソース電極107の膜厚よりも薄い。
第1保護膜102の膜厚t102は、例えば、200〜500Åである。
オーミック電極118の膜厚は、オーミック電極128の膜厚と同程度であり、第1保護膜102の膜厚よりも厚い。
ゲート電極106上の第2保護膜112の膜厚t105と第3保護膜141の膜厚t104との合計の膜厚は、例えば、500Åである。
下部電極121と上部電極123に挟まれた絶縁膜122の膜厚t101と第2保護膜112の膜厚t103との合計の膜厚は、ゲート電極106上の第2保護膜112の膜厚t105と第3保護膜141の膜厚t104との合計の膜厚よりも厚く、例えば、2000Åである。
なお、本実施形態に係る半導体装置100においては、MIMキャパシタ104が1個設けられている例を示したが、これには限定されない。
The thickness of the
The film thickness t102 of the first
The film thickness of the
The total film thickness of the film thickness t105 of the second
The total film thickness t101 of the insulating
In the
次に、本実施形態に係る半導体装置100の製造方法について説明する。
図3(а)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、基板101の形成までを説明する模式断面図である。
先ず、基板101а上に、バッファ層101e、チャネル層101b及び電子供給層101cをMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やMBE(EMolecular Beam Epitaxy)法などを用いて、この順番に積層し形成する。
Next, a method for manufacturing the
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view illustrating the process up to the formation of the
First, the
図3(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、分離領域103の形成を説明する模式断面図である。
バッファ層101e、チャネル層101b及び電子供給層101cが窒化ガリウムを含む半導体で形成されている場合には、例えば、アルゴン(Аr)イオンなどを所望の部分に注入して分離領域103を形成する。
FIG. 3B is a schematic cross-sectional view for explaining the formation of the
When the
なお、分離領域103は、リソグラフィにより除去する範囲を特定し、エッチングを施すことにより半導体積層体101の一部を選択的に除去した後、除去した部分に、例えば、シリコン窒化物(SiN)などの絶縁材料を埋め込んで形成してもよい。
Note that the
図3(c)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、絶縁膜152の形成を説明する模式断面図である。
半導体積層体101及び分離領域103上に、例えば、シリコン窒化物(SiN)を堆積して絶縁膜152を形成する。絶縁膜152の膜厚t102は、例えば、200Å〜500Åである。
FIG. 3C is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the insulating
For example, silicon nitride (SiN) is deposited on the semiconductor stacked
図3(d)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、開口部161、162、163及び164の形成を説明する模式断面図である。
絶縁膜152において、リソグラフィにより除去する範囲を特定し、エッチングを施すことにより絶縁膜152を選択的に除去する。残部を第1保護膜102とする。MIMキャパシタ領域R1内の除去された部分を開口部164とする。HEMT領域R2内の除去された部分をMIMキャパシタ領域R1側から順番に開口部161、162、163とする。
FIG. 3D is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the
In the insulating
図4(а)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、オーミック電極118及び128の形成を説明する模式断面図である。
半導体積層体101上の開口部161内に、例えば、アルミニウム(Аl)、チタン(Ti)、プラチナ(Pt)、金(Аu)をこの順番で蒸着してオーミック電極118を形成する。同時に、開口部163内に、例えば、アルミニウム、チタン、プラチナ、金をこの順番で蒸着してオーミック電極128が形成される。その後、約600℃から約700℃でアニール処理を行う。
FIG. 4A is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of
In the
図4(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、ゲート電極106の形成を説明する模式断面図である。
半導体積層体101上の開口部162内に、例えば、ニッケル(Ni)、金(Аu)を蒸着してゲート電極下部108及びゲート電極上部109からなるゲート電極106を形成する。
FIG. 4B is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the
In the
図4(c)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、下部電極121、パッド電極119及びパッド電極129の形成を説明する模式断面図である。
MIMキャパシタ領域R2の半導体積層体101の一部の上面上に金属を蒸着して下部電極121を形成する。同時に、オーミック電極118、128の一部の上面上に金属を蒸着してパッド電極119、129を形成し、オーミック電極118、128とパッド電極119、129からなるソース電極107とドレイン電極105を形成する。
FIG. 4C is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the
A
図5(а)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、絶縁膜172の形成を説明する模式断面図である。
ウエハ全面、つまりMIMキャパシタ領域R1及びHEMT領域R2の全表面上に、例えば、シリコン窒化物を堆積して絶縁膜172を形成する。絶縁膜172のエッチング溶液に対するエッチングレートは、第1保護膜102のエッチング溶液に対するエッチングレートよりも高くする。また、下部電極121上の絶縁膜172の膜厚t101は、厚く形成する。
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the insulating
An insulating
図5(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、絶縁膜122の形成を説明する模式断面図である。
絶縁膜172において、リソグラフィにより除去する範囲を特定し、エッチングを施してHEMT領域R2内の絶縁膜172を除去する。このとき、絶縁膜172のエッチングレートは、既にアニール処理された第1保護膜102のエッチングレートの約30倍である。従って、HEMT領域R2内の絶縁膜172は除去され、第1保護膜102は除去されずに残る。絶縁膜172が除去されずに残った部分を絶縁膜122とする。
FIG. 5B is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the insulating
In the insulating
図5(c)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、第2保護膜112の形成を説明する模式断面図である。
ウエハ全面、つまりMIMキャパシタ領域R1及びHEMT領域R2の全表面上に、例えば、シリコン窒化物を堆積して第2保護膜112を形成する。このとき、ゲート電極106上の第2保護膜112により発生する寄生容量の影響を小さくするため、第2保護膜112は薄く形成する。
FIG. 5C is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the second
For example, silicon nitride is deposited on the entire surface of the wafer, that is, the entire surface of the MIM capacitor region R1 and the HEMT region R2, to form the second
図6(а)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、上部電極123の形成を説明する模式断面図である。
下部電極121の上方の第2保護膜112上に金属を蒸着して上部電極123を形成する。
FIG. 6A is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the
A metal is deposited on the second
図6(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、第3保護膜141の形成を説明する模式断面図である。
MIMキャパシタ領域R1及びHEMT領域R2の全表面上に、例えば、シリコン窒化物を堆積して第3保護膜141を形成する。このとき、ゲート電極106上方の第3保護膜141により発生する寄生容量の影響を小さくするため、第3保護膜141は薄く形成する。ゲート電極106上の第2保護膜112の膜厚t105と第3保護膜141の膜厚t104の合計の膜厚は、例えば、500Åである。
FIG. 6B is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the third
For example, silicon nitride is deposited on the entire surface of the MIM capacitor region R1 and the HEMT region R2 to form the third
次に、本実施形態に係る半導体装置100の動作について説明する。
図2(а)に示すように、MIMキャパシタ領域R1においては、下部電極121及び上部電極123と、それらの間に挟まれた絶縁膜122及び第2保護膜112により、コンデンサC11が形成されている。絶縁膜122の膜厚t101と第2保護膜112の膜厚t103の合計の膜厚を大きくすると、コンデンサC11の耐圧V11は高くなり、単位面積当たりの容量値は低くなる。膜厚と電極面積により容量を所望の値に合わせる。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 2A, in the MIM capacitor region R1, a capacitor C11 is formed by the
第2保護膜112は、同程度の膜厚のままHEMT領域R2まで延びているので、膜厚t102を一定とし、膜厚t101を変化させて所望の耐圧を得た方がよい。
Since the second
HEMT領域R2においては、ゲート電極106上の第2保護膜112及び第3保護膜141により寄生容量C12が発生する。図2(b)に示すように、寄生容量C12は、ゲートG・ドレインD間容量Cgd、ゲートG・ソースS間容量Cgs及びドレインD・ソースS間容量Cdsを含む。寄生容量C12の容量値は、第2保護膜112の膜厚t105と、第3保護膜141の膜厚t104との合計の膜厚により変化する。この合計の膜厚を厚く形成すると寄生容量C12が大きくなり、半導体装置100の利得や効率が低下する。
In the HEMT region R2, a parasitic capacitance C12 is generated by the second
そこで、本実施形態に係る半導体装置100においては、絶縁膜122の膜厚t101と第2保護膜112の膜厚t103の合計の膜厚を、所望の耐圧が得られる膜厚以上の膜厚で形成する。これを満たす膜厚t101と膜厚t103の合計の膜厚は、例えば、2000Åであり、このときの耐圧は、約100Vである。
また、膜厚t104と膜厚t105の合計の膜厚を薄く形成し、寄生容量C12による高周波特性の低下を抑制する。例えば、膜厚t104を、膜厚t101よりも薄く形成する。膜厚t104と膜厚t105の合計の膜厚は、例えば、500Åである。
Therefore, in the
In addition, the total film thickness of the film thickness t104 and the film thickness t105 is formed thin, and the deterioration of the high frequency characteristics due to the parasitic capacitance C12 is suppressed. For example, the film thickness t104 is formed thinner than the film thickness t101. The total film thickness of the film thickness t104 and the film thickness t105 is, for example, 500 mm.
次に、本実施形態に係る半導体装置の効果について説明する。
本実施形態に係る半導体装置100においては、膜厚t101及び膜厚t103の合計の膜厚を、所望の耐圧が得られる膜厚以上の膜厚で形成している。膜厚t104と膜厚t105の合計の膜厚を薄く形成している。
Next, effects of the semiconductor device according to the present embodiment will be described.
In the
これにより、HEMT領域R2においては、ゲート電極106上の第2保護膜122及び第3保護膜141に起因する寄生容量C12を低減可能な半導体装置を提供することができる。例えば、寄生容量C12が20%低下すると、半導体装置100の利得は1dB増加する。また、MIMキャパシタ領域R1においては、所望の耐圧を確保することができる。
また、本実施形態に係る半導体装置300の製造方法においては、図3(c)に示すように、半導体積層体101の表面を絶縁膜152で覆うことにより、保護することができる。
Thereby, in the HEMT region R2, a semiconductor device that can reduce the parasitic capacitance C12 caused by the second
In the method for manufacturing the
なお、本実施形態に係る半導体装置100においては、HEMTが設けられている例を示したが、これには限定されず、HEMT以外の電界効果トランジスタでもよい。
In the
(第1の実施形態の比較例)
図7は、本比較例に係る半導体装置を説明する模式断面図である。
図7に示すように、本比較例に係る半導体装置200は、前述の第1の実施形態と比べて、絶縁膜211がHEMT領域R2まで延びている点が異なっている。これにより、下部電極221上の絶縁膜211の膜厚t202と、ゲート電極206上の絶縁膜211の膜厚t203及び第2保護膜212の膜厚t205の合計の膜厚が同程度の膜厚となっている。
(Comparative example of the first embodiment)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to this comparative example.
As shown in FIG. 7, the
MIMキャパシタ領域R1における絶縁膜211の膜厚t202を、所望の耐圧が得られる程の膜厚で形成した場合には、HEMT領域R2におけるゲート電極206上の絶縁膜211の膜厚t203もt202と同程度の膜厚となり、これにより発生した寄生容量C22による影響が大きくなる。一方、寄生容量C22による影響を小さくするため、膜厚t203を薄く形成した場合には、HEMT領域R2において、所望の耐圧を得ることが難しくなる。
When the film thickness t202 of the insulating
すなわち、本比較例に係る半導体装置200においては、MIMキャパシタ領域R1において所望の耐圧を確保し、HEMT領域R2においてゲート電極上の保護膜に起因する寄生容量を低減することは難しい。
That is, in the
(第2の実施形態)
図8は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
本実施形態に係る半導体装置300は、前述の第1の実施形態に係る半導体装置100と比較して、下記(а)から(c)の点が異なっている。
(а)MIMキャパシタ領域R1において、絶縁膜322上に上部電極323が設けられている。
(b)上部電極323を覆うように第2保護膜312が設けられている。
(c)上記(b)のため、図1に示す第3保護膜141に相当する保護膜が設けられていない。
本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to this embodiment.
The
(A) The
(B) A second
(C) Because of the above (b), a protective film corresponding to the third
Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.
次に、本実施形態に係る半導体装置300の製造方法について説明する。
絶縁膜322の形成(図5(b)参照)までは、前述の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様である。ただし、下部電極321上の絶縁膜322の膜厚t301は、例えば、2000Åである。
Next, a method for manufacturing the
Up to the formation of the insulating film 322 (see FIG. 5B) is the same as the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment described above. However, the film thickness t301 of the insulating
図9(а)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、上部電極323の形成を説明する模式断面図である。
下部電極321の絶縁膜322上に金属を蒸着して上部電極323を形成する。
FIG. 9A is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the
A metal is deposited on the insulating
図9(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、第2保護膜312の形成を説明する模式断面図である。
ウエハ全面、つまりMIMキャパシタ領域R1及びHEMT領域R2の全表面上に、例えば、シリコン窒化物を堆積して第2保護膜312を形成する。このとき、ゲート電極306上の第2保護膜312により発生する寄生容量の影響を小さくするため、第2保護膜312は薄く形成する。ゲート電極306上の第2保護膜312の膜厚t305の膜厚は、例えば、500Åである。
本実施形態における上記以外の製造方法は、前述の第1の実施形態と同様である。
FIG. 9B is a schematic cross-sectional view illustrating the formation of the second
For example, silicon nitride is deposited on the entire surface of the wafer, that is, on the entire surface of the MIM capacitor region R1 and the HEMT region R2, thereby forming the second
The manufacturing method other than the above in this embodiment is the same as that in the first embodiment.
次に、本実施形態に係る半導体装置300の動作について説明する。
図8に示すように、MIMキャパシタ領域R1においては、下部電極321及び上部電極323と、それらの間に挟まれた絶縁膜322により、コンデンサC31が形成されている。絶縁膜322の膜厚t301を大きくすると、コンデンサC31の耐圧V31は高くなり、単位面積当たりの容量値は低くなる。膜厚と電極面積により容量を所望の値に合わせる。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 8, in the MIM capacitor region R1, a capacitor C31 is formed by a
HEMT領域R2においては、ゲート電極306上の第2保護膜312により寄生容量C32が発生する。寄生容量C32の容量値は、第2保護膜312の膜厚t305により変化する。膜厚t305を厚く形成すると寄生容量C32が大きくなり、半導体装置300の利得や効率が低下する。
In the HEMT region R2, a parasitic capacitance C32 is generated by the second
そこで、本実施形態に係る半導体装置300においては、絶縁膜322の膜厚t301を、所望の耐圧が得られる膜厚以上の膜厚で形成する。これを満たす膜厚t301は、例えば、2000Åであり、このときの耐圧は、約100Vである。
Therefore, in the
また、膜厚t305を薄く形成し、寄生容量C32による高周波特性の低下を抑制する。例えば、膜厚t305を、膜厚t301よりも薄く形成する。膜厚t305は、例えば、500Åである。
本実施形態における上記以外の動作は、前述の第1の実施形態と同様である。
In addition, the film thickness t305 is formed to be thin, and the deterioration of the high frequency characteristics due to the parasitic capacitance C32 is suppressed. For example, the film thickness t305 is formed thinner than the film thickness t301. The film thickness t305 is, for example, 500 mm.
Operations other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above.
次に、本実施形態に係る半導体装置300の効果について説明する。
本実施形態に係る半導体装置300は、前述の第1の実施形態に係る半導体装置100と比較して、図1に示す第3保護膜141が必要とされない。これにより、第3保護膜を形成する工程を削減できる。また、ゲート電極306上の保護膜の膜厚をより薄く形成し、寄生容量をより低減することができる。
本実施形態における上記以外の効果は、前述の第2の実施形態と同様である。
Next, effects of the
The
The effects of the present embodiment other than those described above are the same as those of the second embodiment described above.
(第3の実施形態)
図10は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
本実施形態に係る半導体装置400は、前述の第1の実施形態に係る半導体装置100と比較して、MIMキャパシタ領域R1内において、半導体積層体401と下部電極421との間、及び、半導体積層体401と絶縁膜422との間にも、第1保護膜402が設けられている点が異なっている。
本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to this embodiment.
In the
Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.
次に、本実施形態に係る半導体装置400の製造方法について説明する。
絶縁膜152の形成(図3(c)参照)までは、前述の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様である。
Next, a method for manufacturing the
Up to the formation of the insulating film 152 (see FIG. 3C) is the same as the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment described above.
図11は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の内、第1保護膜402の形成を説明する模式断面図である。
絶縁膜152において、リソグラフィにより除去する範囲を特定し、エッチングを施すことにより絶縁膜152を選択的に除去し、残部を第1保護膜402とする。このとき、MIMキャパシタ領域R1の半導体積層体401上の絶縁膜は除去せずに残し第1保護膜402とする。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the formation of the first
In the insulating
オーミック電極の形成から第3保護膜の形成までは、前述の第1の実施形態と同様である。本実施形態における上記以外の製造方法及び動作は、前述の第1の実施形態と同様である。 The process from the formation of the ohmic electrode to the formation of the third protective film is the same as in the first embodiment. Manufacturing methods and operations other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above.
次に、本実施形態に係る半導体装置400の効果について説明する。
本実施形態に係わる半導体装置400の製造方法においては、図11に示すように、MMキャパシタ領域R1の半導体積層体401を第1保護膜絶縁膜402で覆うことにより、保護することができる。
本実施形態における上記以外の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
Next, effects of the
In the method for manufacturing the
The effects of the present embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment described above.
(第4の実施形態)
図12は、本実施形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
本実施形態に係る半導体装置500は、前述の第2の実施形態に係る半導体装置300(図8参照)と比較して、MIMキャパシタ領域R1内において、半導体積層体501と下部電極521との間、及び、半導体積層体501と絶縁膜522との間にも、第1保護膜502が設けられている点が異なっている。
本実施形態における上記以外の構成は、前述の第2の実施形態と同様である。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to this embodiment.
The
Other configurations in the present embodiment are the same as those in the second embodiment described above.
次に、本実施形態に係る半導体装置500の製造方法について説明する。
本実施形態に係る半導体装置500の製造方法は、前述の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法と比較して、図3(c)に示す絶縁膜152を選択的に除去し残部を第1保護膜502とする工程において、MIMキャパシタ領域R1の半導体積層体501上の絶縁膜は除去せずに残し第1保護膜502とする点が異なっている。
本実施形態における上記以外の製造方法及び動作は、前述の第2の実施形態と同様である。
Next, a method for manufacturing the
The manufacturing method of the
Manufacturing methods and operations other than those described above in the present embodiment are the same as those in the second embodiment described above.
次に、本実施形態に係る半導体装置500の効果について説明する。
本実施形態に係わる半導体装置400の製造方法の第1保護膜502を形成する工程においては、MIMキャパシタ領域R1の半導体積層体501を第1保護膜絶縁膜502で覆うことにより、保護することができる。
本実施形態における上記以外の効果は、前述の第2の実施形態と同様である。
Next, effects of the
In the step of forming the first
The effects of the present embodiment other than those described above are the same as those of the second embodiment described above.
以上説明した実施形態によれば、ゲート電極上の保護膜に起因する寄生容量を低減可能な半導体装置を提供することができる。 According to the embodiment described above, it is possible to provide a semiconductor device capable of reducing the parasitic capacitance caused by the protective film on the gate electrode.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof.
100、200、300、400、500 半導体装置、101、201、301、401、501 半導体積層体、101а、301а、401а、501а 基板、101b、301b、401b、501b チャネル層、101c、301c、401c、501c 電子供給層、101d、301d、401d、501d 2次元電子ガス層、101e、301e、401e、501e バッファ層、102、202、302、402、502 第1保護膜、103、303、403、503 分離領域、161、162、163、164 開口部、105、205、305、405、505 ドレイン電極、106、206、306、406、506 ゲート電極、107、207、307、407、507 ソース電極、108、208、308、408、508 ゲート電極下部、109、209、309、409、509 ゲート電極上部、118、318、418、518、128、328、428、528 オーミック電極、119、319、419、519、129、329、429、529 パッド電極、112、212、312、412、512 第2保護膜、141、341、441 第3保護膜、121、221、321、421、521 下部電極、122、221、322、422、522、152、352、172、372 絶縁膜、123、223、323、423、523 上部電極、131、231、331、431、531 境界面、132、232、332、432、532 端面、133、233、333、433、533 端面、104 MIMキャパシタ、R1 MIMキャパシタ領域、R2 HEMT領域、C11、C21、C31、C51 コンデンサ、C12、C22、C32、C52 寄生容量、Cgd ゲート・ドレイン間容量、Cgs ゲート・ソース間容量、Cds ドレイン・ソース間容量、G ゲート、D ドレイン、S ソース、t101、t102、t103、t104、t105、t202、t203、t205、t301、t305、t401、t403、t501、t505 膜厚、V11、V31 耐圧 100, 200, 300, 400, 500 Semiconductor device, 101, 201, 301, 401, 501 Semiconductor stack, 101a, 301a, 401a, 501a Substrate, 101b, 301b, 401b, 501b Channel layer, 101c, 301c, 401c, 501c Electron supply layer, 101d, 301d, 401d, 501d Two-dimensional electron gas layer, 101e, 301e, 401e, 501e Buffer layer, 102, 202, 302, 402, 502 First protective film, 103, 303, 403, 503 Separation Region, 161, 162, 163, 164 opening, 105, 205, 305, 405, 505 drain electrode, 106, 206, 306, 406, 506 gate electrode, 107, 207, 307, 407, 507 source electrode, 108, 208, 308, 40 , 508 Lower gate electrode, 109, 209, 309, 409, 509 Upper gate electrode, 118, 318, 418, 518, 128, 328, 428, 528 Ohmic electrode, 119, 319, 419, 519, 129, 329, 429 529 Pad electrode, 112, 212, 312, 412, 512 Second protective film, 141, 341, 441 Third protective film, 121, 221, 321, 421, 521 Lower electrode, 122, 221, 322, 422, 522 , 152, 352, 172, 372 Insulating film, 123, 223, 323, 423, 523 Upper electrode, 131, 231, 331, 431, 531 Boundary surface, 132, 232, 332, 432, 532 End surface, 133, 233, 333, 433, 533 End face, 104 MIM capacitor, R1 MIM Capacitor region, R2 HEMT region, C11, C21, C31, C51 capacitor, C12, C22, C32, C52 parasitic capacitance, C gd gate-drain capacitance, C gs gate-source capacitance, C ds drain-source capacitance, G gate, D drain, S source, t101, t102, t103, t104, t105, t202, t203, t205, t301, t305, t401, t403, t501, t505 film thickness, V11, V31
Claims (12)
基板上に半導体が積層された半導体積層体と、
前記第1領域の前記半導体積層体の一部の上面上に設けられた下部電極と、
前記第1領域の前記下部電極の表面上に設けられた絶縁膜と、
前記第2領域の前記半導体積層体上に設けられたソース電極と、
前記第2領域の前記半導体積層体上に設けられたドレイン電極と、
前記第2領域の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられたゲート電極と、
前記第1領域内の前記半導体積層体の上面の前記下部電極が設けられていない少なくとも一部の領域、及び前記第2領域内の前記ソース電極、前記ドレイン電極又は前記ゲート電極が設けられていない部分に設けられた第1保護膜と、
前記絶縁膜の表面上、前記第1保護膜の上面上、前記ソース電極の表面上、前記ゲート電極の表面上及び前記ドレイン電極の表面上に設けられた第2保護膜と、
前記下部電極の上方の前記第2保護膜の上面上に設けられた上部電極と、
前記上部電極の表面上及び前記第2保護膜の表面上に設けられた第3保護膜と、
を備え、
前記半導体の前記第2領域には、電子供給層及びチャネル層を含み、
前記ゲート電極上の前記第2保護膜の膜厚と前記第3保護膜の膜厚との和は、前記下部電極及び前記上部電極との間の、前記絶縁膜の膜厚と前記第2保護膜の膜厚との和よりも小さい半導体装置。 A semiconductor device comprising: a first region having an MIM capacitor; and a second region having a field effect transistor adjacent to the first region,
A semiconductor laminate in which a semiconductor is laminated on a substrate;
A lower electrode provided on an upper surface of a part of the semiconductor stacked body in the first region;
An insulating film provided on the surface of the lower electrode in the first region;
A source electrode provided on the semiconductor laminate in the second region;
A drain electrode provided on the semiconductor laminate in the second region;
A gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode in the second region;
At least a part of the upper surface of the semiconductor stacked body in the first region where the lower electrode is not provided, and the source electrode, the drain electrode or the gate electrode in the second region are not provided A first protective film provided on the portion;
A second protective film provided on the surface of the insulating film, on the upper surface of the first protective film, on the surface of the source electrode, on the surface of the gate electrode, and on the surface of the drain electrode;
An upper electrode provided on the upper surface of the second protective film above the lower electrode;
A third protective film provided on the surface of the upper electrode and on the surface of the second protective film;
With
The second region of the semiconductor includes an electron supply layer and a channel layer,
The sum of the thickness of the second protective film on the gate electrode and the thickness of the third protective film is equal to the thickness of the insulating film and the second protection between the lower electrode and the upper electrode. A semiconductor device smaller than the sum of the film thicknesses.
基板上に半導体が積層された半導体積層体と、
前記第1領域の前記半導体積層体の上方に設けられた下部電極と、
前記第1領域の前記下部電極の表面上に設けられた絶縁膜と、
前記第2領域の前記半導体積層体上に設けられたソース電極と、
前記第2領域の前記半導体積層体上に設けられたドレイン電極と、
前記第2領域の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられたゲート電極と、
前記第1領域内の前記半導体積層体の上面の少なくとも一部の領域、及び前記第2領域内の前記ソース電極、前記ドレイン電極又は前記ゲート電極が設けられていない部分に設けられた第1保護膜と、
前記下部電極の上方の前記絶縁膜の上面上に設けられた上部電極と、
前記上部電極の表面上、前記絶縁膜の表面上、前記第1保護膜の上面上、前記ソース電極の表面上、前記ゲート電極の表面上及び前記ドレイン電極の表面上に設けられた第2保護膜と、
を備え、
前記半導体の前記第2領域には、少なくとも電子供給層及びチャネル層を含み、
前記ゲート電極上の前記第2保護膜の膜厚は、前記下部電極及び前記上部電極との間の前記絶縁膜の膜厚よりも小さい半導体装置。 A semiconductor device comprising: a first region having an MIM capacitor; and a second region having a field effect transistor adjacent to the first region,
A semiconductor laminate in which a semiconductor is laminated on a substrate;
A lower electrode provided above the semiconductor stack in the first region;
An insulating film provided on the surface of the lower electrode in the first region;
A source electrode provided on the semiconductor laminate in the second region;
A drain electrode provided on the semiconductor laminate in the second region;
A gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode in the second region;
First protection provided in at least a partial region of the upper surface of the semiconductor stacked body in the first region, and a portion of the second region where the source electrode, the drain electrode, or the gate electrode is not provided. A membrane,
An upper electrode provided on the upper surface of the insulating film above the lower electrode;
Second protection provided on the surface of the upper electrode, on the surface of the insulating film, on the upper surface of the first protective film, on the surface of the source electrode, on the surface of the gate electrode, and on the surface of the drain electrode A membrane,
With
The second region of the semiconductor includes at least an electron supply layer and a channel layer,
A semiconductor device in which a film thickness of the second protective film on the gate electrode is smaller than a film thickness of the insulating film between the lower electrode and the upper electrode.
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