JP2017163109A - Semiconductor device - Google Patents

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成輝 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which enables improvement of heat radiation performance without increasing the size.SOLUTION: A semiconductor device includes: a semiconductor substrate 10; a gate electrode 12 formed on the semiconductor substrate 10; a source electrode 11 and a drain electrode 13 which are formed on the semiconductor substrate 10 while being separated from the gate electrode 12 and sandwiching the gate electrode 12 therebetween; an insulator layer 14 which coats areas on the semiconductor substrate 10 which are located among the gate electrode 12, the source electrode 11, and the drain electrode 13 and an area on the gate electrode 12; a source field plate electrode 15 formed on an area on the insulator layer 14, which is located closer to the drain electrode 13 side than at least the gate electrode 12, and electrically connected with the source electrode 11; and a heat radiation member 16 which is formed on the source field plate electrode 15 and radiates heat generated near the gate electrode to the outside of a semiconductor.SELECTED DRAWING: Figure 3

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.

通信装置等に用いられる大電力用の半導体装置には、窒化ガリウム(GaN)を用いた窒化物半導体がある。大電力用の半導体装置には、窒化ガリウムの層(GaN層)を形成し、その上にアルミニウム元素(Al)を含有した窒化アルミニウムガリウムの層(AlGaN層)を形成したHEMT構造の半導体装置が知られている。   As a high-power semiconductor device used for a communication device or the like, there is a nitride semiconductor using gallium nitride (GaN). The semiconductor device for high power includes a HEMT structure semiconductor device in which a gallium nitride layer (GaN layer) is formed and an aluminum gallium nitride layer (AlGaN layer) containing aluminum element (Al) is formed thereon. Are known.

しかし、窒化物半導体を用いた半導体装置は大電力を印加するとゲート電極下の発熱が顕著になり、半導体装置の特性を劣化させるという問題がある。従来技術ではソース電極、ゲート電極、ドレイン電極のそれぞれの間に中空の放熱路を形成し、この放熱路の一端を半導体の動作領域外に形成した放熱パッドに接続して放熱する半導体装置が知られているが、放熱パッドを設けていることから、半導体装置のサイズが大きくなるという問題がある。   However, a semiconductor device using a nitride semiconductor has a problem that when a large amount of power is applied, heat generation under the gate electrode becomes remarkable, and the characteristics of the semiconductor device are deteriorated. In the prior art, a semiconductor device is known in which a hollow heat dissipation path is formed between each of the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode, and one end of the heat dissipation path is connected to a heat dissipation pad formed outside the semiconductor operating region. However, since the heat dissipating pad is provided, there is a problem that the size of the semiconductor device is increased.

特開2008−112793号公報JP 2008-112793 A

本発明が解決しようとする課題は、サイズを増大せずに放熱特性を向上させた半導体装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device having improved heat dissipation characteristics without increasing the size.

上記課題を解決するため実施形態の半導体装置は、半導体基板と前記半導体基板上に形成されたゲート電極と、前記半導体基板上に、前記ゲート電極と離間して、前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極間の前記半導体基板上とゲート電極上とを被覆する絶縁体層と、少なくとも前記ゲート電極よりも前記ドレイン電極側の前記絶縁体層の上に形成され、前記ソース電極と電気的に接続されたソースフィールドプレート電極と、前記ソースフィールドプレート電極上に形成され、前記ゲート電極近傍で発生した熱を半導体外に放熱する放熱部材と、を具備している。   In order to solve the above problems, a semiconductor device according to an embodiment is formed on a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the semiconductor substrate, and on the semiconductor substrate, spaced apart from the gate electrode and sandwiching the gate electrode. A source electrode and a drain electrode; an insulator layer covering the semiconductor substrate and the gate electrode between the gate electrode, the source electrode and the drain electrode; and the insulator at least on the drain electrode side of the gate electrode A source field plate electrode formed on the layer and electrically connected to the source electrode; and a heat dissipation member formed on the source field plate electrode and dissipating heat generated near the gate electrode to the outside of the semiconductor; Are provided.

第1の実施形態の半導体装置の平面図。The top view of the semiconductor device of a 1st embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の斜視図。1 is a perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第2の実施形態の半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の半導体装置の斜視図。The perspective view of the semiconductor device of a 4th embodiment. 第5の実施形態の半導体装置の斜視図。The perspective view of the semiconductor device of a 5th embodiment.

以下、発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。   Embodiments for carrying out the invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態の平面図であり、図2は第1の実施形態の斜視図である。また、図3は図1及び図2の点線A−A´間における断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view of the first embodiment, and FIG. 2 is a perspective view of the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the dotted line AA ′ in FIGS. 1 and 2.

本実施形態の半導体装置101は半導体基板10の上にソース電極11とゲート電極12(破線部)とドレイン電極13とが形成されている。ゲート電極12は隣接するトランジスタのゲート電極と接続部12aにて接続されている。接続部12aは半導体基板10上に形成されたゲートパッド12bと接続されている。これにより、ゲートパッド12bに電圧を印加することで、隣接する2つのトランジスタのゲート電極12に同時に電圧を印加する。   In the semiconductor device 101 of this embodiment, a source electrode 11, a gate electrode 12 (broken line portion), and a drain electrode 13 are formed on a semiconductor substrate 10. The gate electrode 12 is connected to the gate electrode of an adjacent transistor through a connection portion 12a. The connecting portion 12a is connected to a gate pad 12b formed on the semiconductor substrate 10. Thereby, a voltage is simultaneously applied to the gate electrodes 12 of two adjacent transistors by applying a voltage to the gate pad 12b.

図1および図2は2個分のトランジスタを形成しており、ドレイン電極13は共有の電極となっている。ソース電極11は隣接するトランジスタのソース電極11と接続されている。図1および図2ではドレイン電極13を共有としたトランジスタ2個分の領域を記載しているが、トランジスタがさらに隣接する場合は、ソース電極11及びドレイン電極が当該隣接するトランジスタと共有する。   1 and 2 form two transistors, and the drain electrode 13 is a common electrode. The source electrode 11 is connected to the source electrode 11 of the adjacent transistor. In FIGS. 1 and 2, the region corresponding to two transistors sharing the drain electrode 13 is described. However, when the transistors are further adjacent, the source electrode 11 and the drain electrode are shared with the adjacent transistors.

ゲート電極12は半導体基板10の上であって、ソース電極11とドレイン電極13との間に挟まれるように形成されている。ゲート電極12の上には絶縁体層14が形成されているため、図1および図2ではゲート電極12が絶縁体層14に被覆された状態(破線部で表記)となっている。   The gate electrode 12 is formed on the semiconductor substrate 10 so as to be sandwiched between the source electrode 11 and the drain electrode 13. Since the insulator layer 14 is formed on the gate electrode 12, the gate electrode 12 is covered with the insulator layer 14 in FIG. 1 and FIG.

絶縁体層14はゲート電極12とソース電極11との間の半導体基板10上と、ゲート電極12とドレイン電極13との間の半導体基板10上と、ゲート電極12上とを被覆している。   The insulator layer 14 covers the semiconductor substrate 10 between the gate electrode 12 and the source electrode 11, the semiconductor substrate 10 between the gate electrode 12 and the drain electrode 13, and the gate electrode 12.

絶縁体層14の材質は例えば、窒化珪素(SiN)や酸化珪素(SiO2)などがある。ただし、絶縁体層14の材質はこれらに限定されるものではない。   Examples of the material of the insulator layer 14 include silicon nitride (SiN) and silicon oxide (SiO 2). However, the material of the insulator layer 14 is not limited to these.

本実施形態はソースフィールドプレート電極15がゲート電極12のドレイン電極13側の絶縁体層14の上に形成されており、このソースフィールドプレート電極15は接続部17を介して、ソース電極11と電気的に接続されている。ソースフィールドプレート電極15の上には放熱フィン(以下、放熱部材16と称する)が形成されている。   In the present embodiment, the source field plate electrode 15 is formed on the insulator layer 14 on the drain electrode 13 side of the gate electrode 12, and the source field plate electrode 15 is electrically connected to the source electrode 11 through the connection portion 17. Connected. On the source field plate electrode 15, heat radiating fins (hereinafter referred to as heat radiating members 16) are formed.

次に、図3の断面図を用いて説明する。   Next, description will be made with reference to the cross-sectional view of FIG.

半導体基板10の上にはゲート電極12と、ゲート電極12を挟むように離間してソース電極11およびドレイン電極13が形成されている。   A gate electrode 12 and a source electrode 11 and a drain electrode 13 are formed on the semiconductor substrate 10 so as to be spaced apart from each other with the gate electrode 12 interposed therebetween.

絶縁体層14はゲート電極12と各電極間の半導体基板10上を被覆している。本実施形態ではソース電極11とドレイン電極13との上の一部を絶縁体層14が被覆しているが、被覆の割合については図3に限定されない。   The insulator layer 14 covers the semiconductor substrate 10 between the gate electrode 12 and each electrode. In this embodiment, the insulating layer 14 covers a part on the source electrode 11 and the drain electrode 13, but the coating ratio is not limited to FIG. 3.

本実施形態は少なくともゲート電極12よりもドレイン電極13側の絶縁体層14の上にソースフィールドプレート電極15が形成されている。ソースフィールドプレート電極15をゲート電極12よりもドレイン電極13側の絶縁体層14の上に形成することで、ゲート電極12下で発生した電界強度のピーク値を下げ、発熱を抑制することができる。   In this embodiment, a source field plate electrode 15 is formed on at least the insulator layer 14 closer to the drain electrode 13 than the gate electrode 12. By forming the source field plate electrode 15 on the insulator layer 14 closer to the drain electrode 13 than the gate electrode 12, the peak value of the electric field intensity generated under the gate electrode 12 can be lowered and heat generation can be suppressed. .

本実施形態ではソースフィールドプレート電極15がゲート電極12よりもドレイン電極13側の絶縁体層14の上と、さらにゲート電極12上に形成された絶縁体層14の上に延在して形成されている。   In this embodiment, the source field plate electrode 15 is formed to extend on the insulator layer 14 on the drain electrode 13 side of the gate electrode 12 and further on the insulator layer 14 formed on the gate electrode 12. ing.

ソース電極11とドレイン電極13との上部にはワイヤボンディングによる配線用のメッキ11aおよび13aがそれぞれ形成されている。メッキ11aと13aとはそれぞれソース電極11とドレイン電極13と電気的に接続されている。本実施形態はソースフィールドプレート電極15とソース電極11とが接続部17、メッキ11aを介して電気的に接続しているが、接続部17はメッキ11aを介さず直接ソース電極11と接続していてもよい。   On the upper part of the source electrode 11 and the drain electrode 13, wiring platings 11a and 13a are formed by wire bonding, respectively. The platings 11a and 13a are electrically connected to the source electrode 11 and the drain electrode 13, respectively. In the present embodiment, the source field plate electrode 15 and the source electrode 11 are electrically connected via the connection portion 17 and the plating 11a. However, the connection portion 17 is directly connected to the source electrode 11 not via the plating 11a. May be.

ソースフィールドプレート電極15の上には、ゲート電極12の近傍で発生した熱を半導体外に放熱する放熱部材16が形成されている。放熱性を高めるため、放熱部材16は少なくとも一部が空気中に露出している。   On the source field plate electrode 15, a heat radiating member 16 that radiates heat generated near the gate electrode 12 to the outside of the semiconductor is formed. In order to improve heat dissipation, at least a part of the heat dissipation member 16 is exposed to the air.

また、ゲート電極12とドレイン電極13間の方向における放熱部材16の幅を幅Wとすると、放熱部材16は半導体基板10と直交する方向へ延伸しており、ソースフィールドプレート電極15よりも上の部分が延伸方向に沿って幅Wが略均一である。   If the width of the heat dissipation member 16 in the direction between the gate electrode 12 and the drain electrode 13 is a width W, the heat dissipation member 16 extends in a direction orthogonal to the semiconductor substrate 10 and is above the source field plate electrode 15. The portion has a substantially uniform width W along the extending direction.

放熱部材16はソースフィールドプレート電極15と同じ材質にすることで、ゲート電極12から伝導した熱をソースフィールドプレート電極15のみよりも放熱しやすくすることができる。また、放熱部材16はソースフィールドプレート電極15よりも熱伝導率の高い金属により形成することで放熱性を高めてもよい。ソースフィールドプレート電極15の材質は一例として、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)の合金からなる。そのため、ソースフィールドプレート電極15は当該合金よりも熱伝導率の高い金(Au)若しくは銅(Cu)またはこれらの合金により形成することで放熱性を高めることができる。   The heat dissipating member 16 is made of the same material as that of the source field plate electrode 15, so that the heat conducted from the gate electrode 12 can be radiated more easily than the source field plate electrode 15 alone. Further, the heat dissipation member 16 may be made of a metal having a higher thermal conductivity than the source field plate electrode 15 to improve heat dissipation. For example, the source field plate electrode 15 is made of an alloy of titanium (Ti) and aluminum (Al). Therefore, the heat dissipation can be enhanced by forming the source field plate electrode 15 with gold (Au), copper (Cu), or an alloy thereof having a higher thermal conductivity than the alloy.

また、放熱部材16の形成方法として、当該放熱部材16を形成する箇所以外の領域にレジストを塗布した後、真空蒸着法により形成させる。その後レジストを除去することで放熱部材16を形成することが可能となる。以下の実施形態においても同様である。ただし、放熱部材16の形成方法として、真空蒸着法に限定されるものではない。   In addition, as a method for forming the heat radiating member 16, a resist is applied to a region other than a portion where the heat radiating member 16 is formed, and then formed by a vacuum deposition method. Thereafter, the heat radiating member 16 can be formed by removing the resist. The same applies to the following embodiments. However, the method of forming the heat radiating member 16 is not limited to the vacuum vapor deposition method.

以上のように構成することにより本実施形態はサイズを増大させること無く、放熱特性を向上することが可能となる。   By configuring as described above, the present embodiment can improve the heat dissipation characteristics without increasing the size.

(第2の実施形態)
図4は第2の実施形態の半導体装置102の断面図である。本実施形態と第1の実施形態の差異はソースフィールドプレート電極15aがゲート電極12よりもドレイン電極13側の絶縁体層14の上に形成されており、ゲート電極12上に形成された絶縁体層14の上には形成されていないことにある。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device 102 of the second embodiment. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the source field plate electrode 15a is formed on the insulator layer 14 on the drain electrode 13 side of the gate electrode 12, and the insulator formed on the gate electrode 12 It is not formed on the layer 14.

また、放熱部材16は半導体基板10と直交する方向へ延伸しており、全体として延伸方向に沿って幅Wが略均一である。   Moreover, the heat radiating member 16 extends in a direction orthogonal to the semiconductor substrate 10, and the width W is substantially uniform along the extending direction as a whole.

本実施形態の場合、放熱部材16の空気中に露出している表面積は第1の実施形態よりも大きくなり、より放熱特性が向上する効果を有する。   In the case of this embodiment, the surface area exposed to the air of the heat radiating member 16 becomes larger than that of the first embodiment, and the effect of further improving the heat dissipation characteristics is obtained.

放熱部材16の材質は第1の実施形態と同様にソースフィールドプレート電極15aと同じ材質であるか、または、ソースフィールドプレート電極15aよりも熱伝導率の高い金属を用いることで放熱性を高めることができる。   The material of the heat radiating member 16 is the same as that of the source field plate electrode 15a as in the first embodiment, or the heat dissipation is improved by using a metal having higher thermal conductivity than the source field plate electrode 15a. Can do.

以上のように構成することにより本実施形態はサイズを増大させること無く、放熱特性を向上することが可能となる。   By configuring as described above, the present embodiment can improve the heat dissipation characteristics without increasing the size.

(第3の実施形態)
図5の(a)(b)は第3の実施形態の半導体装置103の断面図である。本実施形態と第1の実施形態の差異は、放熱部材16が半導体基板10と直交する方向へ延伸し、延伸方向に沿って幅Wが減少(図5(a))または増大(図5(b))することにある。
(Third embodiment)
5A and 5B are cross-sectional views of the semiconductor device 103 according to the third embodiment. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the heat dissipation member 16 extends in a direction orthogonal to the semiconductor substrate 10, and the width W decreases (FIG. 5A) or increases (FIG. b)) is to do.

図5の放熱部材16(16a)は延伸方向に向かって幅Wが減少している。図6の放熱部材16(16b)は延伸方向に向かって幅Wが増大している。   The width W of the heat dissipating member 16 (16a) in FIG. 5 decreases in the extending direction. The width W of the heat dissipating member 16 (16b) in FIG. 6 increases in the extending direction.

本実施形態の場合、放熱部材16の幅Wを延伸方向に沿って減少または増大させることで、略均一の形状と比較して空気中に露出している表面積が増大する。これにより放熱特性が向上する効果を有する。   In the case of the present embodiment, the surface area exposed in the air is increased by reducing or increasing the width W of the heat radiating member 16 along the extending direction as compared with the substantially uniform shape. This has the effect of improving the heat dissipation characteristics.

放熱部材16(16a、16b)の材質は第1の実施形態と同様にソースフィールドプレート電極15と同じ材質であるか、または、ソースフィールドプレート電極15よりも熱伝導率の高い金属を用いることで放熱性を高めることができる。   The material of the heat radiating member 16 (16a, 16b) is the same material as the source field plate electrode 15 as in the first embodiment, or a metal having higher thermal conductivity than the source field plate electrode 15 is used. Heat dissipation can be improved.

なお、本実施形態のソースフィールドプレート電極15はゲート電極12よりもドレイン電極13側の絶縁体層14の上と、さらにゲート電極12上に形成された絶縁体層14の上に延伸して形成されているが、ゲート電極12上に形成された絶縁体層14の上に形成されていなくてもよい。即ち、第2の実施形態のソースフィールドプレート電極15aと同様の形状でもよい。   The source field plate electrode 15 of the present embodiment is formed by extending on the insulator layer 14 on the drain electrode 13 side of the gate electrode 12 and further on the insulator layer 14 formed on the gate electrode 12. However, it may not be formed on the insulator layer 14 formed on the gate electrode 12. That is, the same shape as the source field plate electrode 15a of the second embodiment may be used.

以上のように構成することにより本実施形態はサイズを増大させること無く、放熱特性を向上することが可能となる。   By configuring as described above, the present embodiment can improve the heat dissipation characteristics without increasing the size.

(第4の実施形態)
図6は第4の実施形態の半導体装置104の斜視図である。図6は2個分のトランジスタを形成している。第4の実施形態の半導体装置104は半導体基板10上に第1のゲート電極121と、第1のゲート電極121と離間して、第1のゲート電極121を挟んで形成された第1のソース電極111及びドレイン電極13とが形成されている。また、ドレイン電極13と離間して設けられた第2のゲート電極122及び第2のゲート電極122と離間して第2のソース電極112が形成されている。また、図1と同様に接続部12aとゲートパッド12bとを有し、ゲートパッド12bに電圧を印加することで、第1のゲート電極121および第2のゲート電極122に同時に電圧を印加する。ドレイン電極13は共有の電極となっている。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a perspective view of the semiconductor device 104 of the fourth embodiment. In FIG. 6, two transistors are formed. The semiconductor device 104 according to the fourth embodiment includes a first gate electrode 121 and a first source formed on the semiconductor substrate 10 with the first gate electrode 121 sandwiched between the first gate electrode 121 and the first gate electrode 121. An electrode 111 and a drain electrode 13 are formed. In addition, a second gate electrode 122 provided apart from the drain electrode 13 and a second source electrode 112 formed apart from the second gate electrode 122 are formed. Further, similarly to FIG. 1, the connection portion 12a and the gate pad 12b are provided, and a voltage is applied simultaneously to the first gate electrode 121 and the second gate electrode 122 by applying a voltage to the gate pad 12b. The drain electrode 13 is a common electrode.

第1のゲート電極121および第2のゲート電極122の上には絶縁体層14が形成されているため、図6では第1のゲート電極121および第2のゲート電極122が絶縁体層14に被覆された状態(破線部で表記)となっている。   Since the insulator layer 14 is formed on the first gate electrode 121 and the second gate electrode 122, the first gate electrode 121 and the second gate electrode 122 are formed on the insulator layer 14 in FIG. It is in a covered state (indicated by a broken line).

絶縁体層14は第1のゲート電極121、第1のソース電極111およびドレイン電極13間の半導体基板10上と、第2のゲート電極122、第2のソース電極112およびドレイン電極13間の半導体基板10上と、第1のゲート電極121上と、第2のゲート電極122上と、を被覆している。   The insulator layer 14 is formed on the semiconductor substrate 10 between the first gate electrode 121, the first source electrode 111 and the drain electrode 13, and between the second gate electrode 122, the second source electrode 112 and the drain electrode 13. The substrate 10, the first gate electrode 121, and the second gate electrode 122 are covered.

本実施形態では第1のソースフィールドプレート電極151は少なくとも第1のゲート電極121よりもドレイン電極13側の絶縁体層の上に形成され、接続部171を介して、第1のソース電極111と電気的に接続されている。   In the present embodiment, the first source field plate electrode 151 is formed on at least the insulator layer closer to the drain electrode 13 than the first gate electrode 121, and is connected to the first source electrode 111 via the connection portion 171. Electrically connected.

また、第2のソースフィールドプレート電極152は少なくとも第2のゲート電極122よりもドレイン電極13側の絶縁体層の上に形成され、接続部172を介して、第2のソース電極112と電気的に接続されている。   The second source field plate electrode 152 is formed on at least the insulator layer closer to the drain electrode 13 than the second gate electrode 122, and is electrically connected to the second source electrode 112 through the connection portion 172. It is connected to the.

本実施形態は第1の実施形態と同様に、第1のソースフィールドプレート電極151はさらに第1のゲート電極121上の絶縁層14上に延在して形成しても良く、第2のソースフィールドプレート電極152はさらに第2のゲート電極122上の絶縁層14上に延在して形成しても良い。   In the present embodiment, as in the first embodiment, the first source field plate electrode 151 may be further formed to extend on the insulating layer 14 on the first gate electrode 121, and the second source The field plate electrode 152 may further be formed to extend on the insulating layer 14 on the second gate electrode 122.

第1のソースフィールドプレート電極151の上には第1の放熱フィン(第1の放熱部材161(161c))が形成され、第1のゲート電極121近傍で発生した熱を半導体外に放熱する。また、第2のソースフィールドプレート電極152の上には第2の放熱フィン(第2の放熱部材162(162c))が形成され、第2のゲート電極122近傍で発生した熱を半導体外に放熱する。そのため、第1の放熱部材161(161c)、第2の放熱部材162(162c)は少なくとも一部が空気中に露出している。   A first radiating fin (first radiating member 161 (161c)) is formed on the first source field plate electrode 151 to radiate heat generated in the vicinity of the first gate electrode 121 to the outside of the semiconductor. In addition, a second radiating fin (second radiating member 162 (162c)) is formed on the second source field plate electrode 152, and radiates heat generated near the second gate electrode 122 to the outside of the semiconductor. To do. Therefore, at least a part of the first heat radiating member 161 (161c) and the second heat radiating member 162 (162c) is exposed to the air.

実施形態において、第1の放熱部材161(161c)と第2の放熱部材162(162c)とは対向して設けられている。さらに第1の放熱部材161(161c)と第2の放熱部材162(162c)とは第1のソースフィールドプレート電極151および第2のソースフィールドプレート電極152の長手方向に沿って異なる高さを有している。   In the embodiment, the first heat radiating member 161 (161c) and the second heat radiating member 162 (162c) are provided to face each other. Further, the first heat radiation member 161 (161c) and the second heat radiation member 162 (162c) have different heights along the longitudinal direction of the first source field plate electrode 151 and the second source field plate electrode 152. doing.

図6中の太い矢印は空気の対流の向きを表している。第1の放熱部材161(161c)および第2の放熱部材162(162c)に高さの異なる凹凸がない場合は第1のソースフィールドプレート電極151、第2のソースフィールドプレート電極152の長手方向にのみ空気の対流が発生するが、図6のように第1の放熱部材161(161c)および第2の放熱部材162(162c)に高さの異なる凹凸を設けることで、空気が第1の放熱部材161(161c)および第2の放熱部材162(162c)の凹部を通過する。即ち第1および第2のソース電極111、112とドレイン電極13との方向にも空気の対流が発生する。このため、空気中の大気の対流が良くなり、半導体装置のサイズを増大させること無く、放熱特性を向上することが可能となる。   The thick arrow in FIG. 6 represents the direction of air convection. When the first heat radiating member 161 (161c) and the second heat radiating member 162 (162c) are not uneven with different heights, the first source field plate electrode 151 and the second source field plate electrode 152 are arranged in the longitudinal direction. Only air convection is generated, but the first heat radiating member 161 (161c) and the second heat radiating member 162 (162c) are provided with irregularities having different heights as shown in FIG. It passes through the recesses of the member 161 (161c) and the second heat radiation member 162 (162c). That is, air convection also occurs in the direction of the first and second source electrodes 111 and 112 and the drain electrode 13. For this reason, the convection of the atmosphere in the air is improved, and the heat dissipation characteristics can be improved without increasing the size of the semiconductor device.

(第5の実施形態)
図7は第5の実施形態の半導体装置105の斜視図である。本実施形態と第4の実施形態との差異は、対向して設けられた第1の放熱部材161(161d)と第2の放熱部材162(162d)とが第1のソースフィールドプレート電極151および第2のソースフィールドプレート電極152の長手方向に沿って対向する部分が互いに異なる高さに形成されている点である。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a perspective view of the semiconductor device 105 of the fifth embodiment. The difference between the present embodiment and the fourth embodiment is that the first heat radiating member 161 (161d) and the second heat radiating member 162 (162d) provided opposite to each other are the first source field plate electrode 151 and The second source field plate electrode 152 is formed such that opposing portions along the longitudinal direction are formed at different heights.

図7中の太い矢印は空気の対流の向きを表している。図7のように第1の放熱部材161(161d)および第2の放熱部材162(162d)が長手方向に沿って互いに異なる高さを有している。本実施形態では第1の放熱部材161(161d)はゲート電極パッド12b側が高く設けられ、第2の放熱部材162(162d)はゲート電極パッド12b側が低く設けられている。   A thick arrow in FIG. 7 represents the direction of air convection. As shown in FIG. 7, the first heat radiating member 161 (161d) and the second heat radiating member 162 (162d) have different heights along the longitudinal direction. In the present embodiment, the first heat radiation member 161 (161d) is provided higher on the gate electrode pad 12b side, and the second heat radiation member 162 (162d) is provided lower on the gate electrode pad 12b side.

このような構造の場合、第1のソース電極111の低い高さの箇所からドレイン電極13へ空気の対流が可能となり、第2のソース電極112の低い高さの箇所からドレイン電極13へ空気の対流が可能となる。第1の放熱部材161(161d)および第2の放熱部材162(162d)が異なる高さに形成されている領域より空気の対流が発生し、放熱性を向上することが可能となる。   In the case of such a structure, air convection from the low height portion of the first source electrode 111 to the drain electrode 13 is possible, and air is allowed to flow from the low height portion of the second source electrode 112 to the drain electrode 13. Convection is possible. Air convection is generated from regions where the first heat radiating member 161 (161d) and the second heat radiating member 162 (162d) are formed at different heights, so that heat dissipation can be improved.

第4の実施形態および第5の実施形態において、第1の放熱部材161および第2の放熱部材162は、第1のソースフィールドプレート電極151および第2のソースフィールドプレート電極152と同じ材質にすることで、第1のゲート電極121近傍、第2のゲート電極122近傍から伝導した熱を第1のソースフィールドプレート電極151および第2のソースフィールドプレート電極152のみよりも放熱しやすくすることができる。また、第1の放熱部材161および第2の放熱部材162は第1のソースフィールドプレート電極151および第2のソースフィールドプレート電極152よりも熱伝導率の高い金属により形成することで放熱性を高めてもよい。   In the fourth and fifth embodiments, the first heat radiating member 161 and the second heat radiating member 162 are made of the same material as the first source field plate electrode 151 and the second source field plate electrode 152. Thus, heat conducted from the vicinity of the first gate electrode 121 and the vicinity of the second gate electrode 122 can be radiated more easily than the first source field plate electrode 151 and the second source field plate electrode 152 alone. . Further, the first heat radiating member 161 and the second heat radiating member 162 are made of a metal having a higher thermal conductivity than the first source field plate electrode 151 and the second source field plate electrode 152, thereby improving heat dissipation. May be.

第1のソースフィールドプレート電極151および第2のソースフィールドプレート電極152の材質は一例として、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)の合金からなる。そのため、第1の放熱部材161および第2の放熱部材162を当該合金よりも熱伝導率の高い金(Au)若しくは銅(Cu)またはこれらの合金により形成することで放熱性を高めることができる。   The material of the first source field plate electrode 151 and the second source field plate electrode 152 is, for example, an alloy of titanium (Ti) and aluminum (Al). Therefore, heat dissipation can be improved by forming the first heat radiating member 161 and the second heat radiating member 162 from gold (Au), copper (Cu), or an alloy thereof having a higher thermal conductivity than the alloy. .

上記実施形態において、半導体基板10は窒化ガリウム(GaN)や窒化ガリウムの上に窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)を積層した構造などがある。その他、半導体基板10はガリウムヒ素(GaAs)やガリウムヒ素の上にアルミニウムガリウムヒ素(AlGaAs)を積層した構造でも良い。   In the embodiment, the semiconductor substrate 10 has a structure in which aluminum gallium nitride (AlGaN) is stacked on gallium nitride (GaN) or gallium nitride. In addition, the semiconductor substrate 10 may have a structure in which aluminum gallium arsenide (AlGaAs) is stacked on gallium arsenide (GaAs) or gallium arsenide.

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、そのほか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とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the 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 invention described in the claims and the equivalents thereof.

10‥‥半導体基板、
11、111、112‥‥ソース電極、
12、121、122‥‥ゲート電極、
13‥‥ドレイン電極、
14‥‥絶縁体層、
15、151、152‥‥ソースフィールドプレート電極、
16、161、162‥‥放熱フィン(放熱部材)、
17、171、172‥‥接続部。
10 ... Semiconductor substrate,
11, 111, 112... Source electrode,
12, 121, 122... Gate electrode,
13 ... drain electrode,
14. Insulator layer,
15, 151, 152... Source field plate electrode,
16, 161, 162 ... Radiating fins (heat radiating members),
17, 171, 172... Connection portion.

Claims (13)

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたゲート電極と、
前記半導体基板上に、前記ゲート電極と離間して、前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極間の前記半導体基板上とゲート電極上とを被覆する絶縁体層と、
少なくとも前記ゲート電極よりも前記ドレイン電極側の前記絶縁体層の上に形成され、前記ソース電極と電気的に接続されたソースフィールドプレート電極と、
前記ソースフィールドプレート電極上に形成され、前記ゲート電極近傍で発生した熱を半導体外に放熱する放熱部材と、
を具備する半導体装置。
A semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the semiconductor substrate;
A source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor substrate, spaced apart from the gate electrode and sandwiching the gate electrode;
An insulator layer covering the semiconductor substrate and the gate electrode between the gate electrode, the source electrode and the drain electrode;
A source field plate electrode formed on at least the insulator layer closer to the drain electrode than the gate electrode and electrically connected to the source electrode;
A heat dissipating member formed on the source field plate electrode and dissipating heat generated near the gate electrode to the outside of the semiconductor;
A semiconductor device comprising:
前記ソースフィールドプレート電極は、さらに前記ゲート電極上に形成された前記絶縁体層の上に延在して形成されている、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source field plate electrode is further formed to extend on the insulator layer formed on the gate electrode. 前記放熱部材は少なくとも一部が空気中に露出している、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein at least a part of the heat dissipating member is exposed to the air. 前記放熱部材は前記半導体基板と直交する方向へ延伸しており、延伸方向に沿って幅が略均一である、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the heat dissipation member extends in a direction orthogonal to the semiconductor substrate and has a substantially uniform width along the extending direction. 前記放熱部材は前記半導体基板と直交する方向へ延伸しており、延伸方向に沿って幅が減少または増大する、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the heat radiating member extends in a direction orthogonal to the semiconductor substrate, and the width decreases or increases along the extending direction. 前記放熱部材は前記ソースフィールドプレート電極の長手方向に沿って形成され、長手方向に沿って異なる高さで形成されている
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the heat radiating member is formed along a longitudinal direction of the source field plate electrode and formed at different heights along the longitudinal direction.
前記放熱部材は前記ソースフィールドプレート電極と同じ材質または、前記ソースフィールドプレート電極よりも熱伝導率の高い金属により形成されている、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the heat radiating member is made of the same material as the source field plate electrode or a metal having higher thermal conductivity than the source field plate electrode. . 前記放熱部材は金若しくは銅またはこれらの合金により形成されている、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the heat radiating member is made of gold, copper, or an alloy thereof. 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1のゲート電極と、
前記半導体基板上に、前記第1のゲート電極と離間して、前記第1のゲート電極を挟んで形成された第1のソース電極及びドレイン電極と、
前記ドレイン電極と離間して設けられた第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極と離間して設けられた第2のソース電極と、
前記第1のゲート電極、前記第1のソース電極および前記ドレイン電極間の前記半導体基板上と、前記第2のゲート電極、前記第2のソース電極および前記ドレイン電極間の前記半導体基板上と、第1のゲート電極上と、第2のゲート電極上と、を被覆する絶縁体層と、
少なくとも前記第1のゲート電極よりも前記ドレイン電極側の前記絶縁体層の上に形成され、前記第1のソース電極と電気的に接続された第1のソースフィールドプレート電極と、
少なくとも前記第2のゲート電極よりも前記ドレイン電極側の前記絶縁体層の上に形成され、前記第2のソース電極と電気的に接続された第2のソースフィールドプレート電極と、
前記第1のソースフィールドプレート電極上に形成され、前記第1のゲート電極近傍で発生した熱を半導体外に放熱する第1の放熱部材と、
前記第2のソースフィールドプレート電極上に形成され、前記第2のゲート電極近傍で発生した熱を半導体外に放熱する第2の放熱部材と、
を有し、
前記第1の放熱部材と前記第2の放熱部材とは対向して設けられている半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first gate electrode formed on the semiconductor substrate;
A first source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor substrate and spaced apart from the first gate electrode and sandwiching the first gate electrode;
A second gate electrode provided apart from the drain electrode;
A second source electrode provided apart from the second gate electrode;
On the semiconductor substrate between the first gate electrode, the first source electrode and the drain electrode, and on the semiconductor substrate between the second gate electrode, the second source electrode and the drain electrode; An insulator layer covering the first gate electrode and the second gate electrode;
A first source field plate electrode formed on at least the insulator layer closer to the drain electrode than the first gate electrode and electrically connected to the first source electrode;
A second source field plate electrode formed on at least the insulator layer closer to the drain electrode than the second gate electrode and electrically connected to the second source electrode;
A first heat dissipating member formed on the first source field plate electrode and dissipating heat generated in the vicinity of the first gate electrode to the outside of the semiconductor;
A second heat dissipating member formed on the second source field plate electrode and dissipating heat generated in the vicinity of the second gate electrode to the outside of the semiconductor;
Have
The semiconductor device in which the first heat radiating member and the second heat radiating member are provided to face each other.
前記第1のソースフィールドプレート電極は、さらに前記第1のゲート電極上に形成された前記絶縁体層の上に延在して形成され、前記第2のソースフィールドプレート電極は、さらに前記第2のゲート電極上に形成された前記絶縁体層の上に延在して形成されている、請求項9に記載の半導体装置。   The first source field plate electrode is further formed to extend on the insulator layer formed on the first gate electrode, and the second source field plate electrode is further formed from the second source field plate electrode. The semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor device extends on the insulator layer formed on the gate electrode. 前記第1の放熱部材および前記第2の放熱部材は少なくとも一部が空気中に露出している、請求項9または請求項10に記載の半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 9, wherein at least a part of the first heat radiating member and the second heat radiating member is exposed to the air. 前記第1の放熱部材と前記第2の放熱部材とは前記第1のソースフィールドプレート電極および前記第2のソースフィールドプレート電極の長手方向に沿って異なる高さに形成されている請求項9乃至請求項11のいずれか1項に記載の半導体装置。   10. The first heat radiation member and the second heat radiation member are formed at different heights along a longitudinal direction of the first source field plate electrode and the second source field plate electrode. The semiconductor device according to claim 11. 前記第1の放熱部材と前記第2の放熱部材とは前記長手方向に沿って対向する部分が互いに異なる高さに形成されている請求項12に記載の半導体装置。   13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the first heat radiating member and the second heat radiating member are formed at different heights at portions facing each other along the longitudinal direction.
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