JP2018195845A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To improve electromigration resistance of an electrode.SOLUTION: A semiconductor device has a drain electrode DE which is partially embedded in a side face DSF of a drain pad DP. In this case, the drain electrode DE is coupled with the drain pad DP and extends from the side face DSF in a first direction (y direction) in plan view. In a region overlapping the drain electrode DE in plan view, a recess DRE is located. In the recess DRE, at least a part of the drain electrode DE is embedded. A side face (side face RDS) of the recess DRE, which faces the drain pad DP is fitted in the drain pad DP when viewed in the first direction (y direction).SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えばパワーデバイスに適用可能な技術である。   The present invention relates to a semiconductor device and is a technique applicable to, for example, a power device.

パワーデバイスには、窒化物半導体層を用いたトランジスタが用いられる場合がある。特許文献1には、このようなトランジスタ一例が記載されている。特許文献1に記載のトランジスタでは、窒化物半導体層上に層間絶縁膜が形成されている。そして層間絶縁膜上には、ドレインパッド及びソースパッド、並びにドレイン電極及びソース電極が設けられている。ドレイン電極は、ドレインパッドに櫛歯状に設けられている。同様に、ソース電極はソースパッドに櫛歯状に設けられている。この場合に、ドレイン電極及びソース電極は、互いにかみ合うように配置されている。   A transistor using a nitride semiconductor layer may be used for the power device. Patent Document 1 describes an example of such a transistor. In the transistor described in Patent Document 1, an interlayer insulating film is formed on a nitride semiconductor layer. On the interlayer insulating film, a drain pad and a source pad, and a drain electrode and a source electrode are provided. The drain electrode is provided in a comb shape on the drain pad. Similarly, the source electrode is provided in a comb shape on the source pad. In this case, the drain electrode and the source electrode are arranged so as to mesh with each other.

さらに特許文献1では、ドレイン電極は、層間絶縁膜に形成された凹部を平面視で内側に含んでいる。この凹部には、ドレイン電極の一部が埋め込まれている。この凹部を介してドレイン電極は、窒化物半導体層に電気的に接続している。同様にソース電極は、層間絶縁膜に形成された凹部を平面視で内側に含んでいる。この凹部には、ソース電極の一部が埋め込まれている。この凹部を介してソース電極は、窒化物半導体層に電気的に接続している。   Further, in Patent Document 1, the drain electrode includes a concave portion formed in the interlayer insulating film on the inner side in a plan view. A part of the drain electrode is embedded in the recess. The drain electrode is electrically connected to the nitride semiconductor layer through the recess. Similarly, the source electrode includes a recess formed in the interlayer insulating film on the inner side in a plan view. A part of the source electrode is embedded in the recess. The source electrode is electrically connected to the nitride semiconductor layer through the recess.

特開2014−22413号公報JP 2014-22413 A

一般に、電流の経路の幅が電流の流れる方向に向かうにつれて狭くなっている領域(電流集中領域)では、エレクトロマイグレーションが生じやすい。特に窒化物半導体層に接続する電極には、大電流を流す場合がある。このため、窒化物半導体層に接続する電極に電流集中領域が形成される場合は、高いエレクトロマイグレーション耐性を実現するための構造が必要となる。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   In general, electromigration tends to occur in a region where the width of the current path becomes narrower in the direction of current flow (current concentration region). In particular, a large current may flow through the electrode connected to the nitride semiconductor layer. For this reason, when a current concentration region is formed in the electrode connected to the nitride semiconductor layer, a structure for realizing high electromigration resistance is required. Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

一実施の形態によれば、窒化物半導体層上に層間絶縁膜が位置している。層間絶縁膜上には配線が位置している。配線の第1側面には電極が部分的に形成されている。電極は、配線と一体であり、平面視で第1側面から第1方向に延伸している。層間絶縁膜には凹部が形成されている。凹部は平面視で電極と重なる領域に位置している。凹部には、電極の少なくとも一部が埋め込まれている。凹部の底面及び側面、配線の底面、並びに電極の底面に沿ってバリアメタル膜が形成されている。配線及び電極は、アルミニウムを含んでいる。バリアメタル膜は、チタンを含んでいる。凹部のうち配線に面する側面は、第1方向で見て、配線の第1側面に達し、又は配線に入り込んでいる。   According to one embodiment, the interlayer insulating film is located on the nitride semiconductor layer. A wiring is located on the interlayer insulating film. An electrode is partially formed on the first side surface of the wiring. The electrode is integral with the wiring and extends in the first direction from the first side surface in plan view. A recess is formed in the interlayer insulating film. The recess is located in a region overlapping the electrode in plan view. At least a part of the electrode is embedded in the recess. A barrier metal film is formed along the bottom and side surfaces of the recess, the bottom surface of the wiring, and the bottom surface of the electrode. The wiring and the electrode contain aluminum. The barrier metal film contains titanium. The side surface facing the wiring in the recess reaches the first side surface of the wiring or enters the wiring when viewed in the first direction.

前記一実施の形態によれば、電極のエレクトロマイグレーション耐性が高いものになる。   According to the one embodiment, the electrode has high electromigration resistance.

第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. 図1のA−A´断面図である。It is AA 'sectional drawing of FIG. 図1のB−B´断面図である。It is BB 'sectional drawing of FIG. 図1の破線αで囲まれた領域を拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region enclosed with the broken line (alpha) of FIG. 図1の破線βで囲まれた領域を拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region enclosed with the broken line (beta) of FIG. 図1〜図3に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIGS. 図1〜図3に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIGS. 図1〜図3に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIGS. 図1〜図3に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIGS. 図1〜図3に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIGS. 図1〜図3に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIGS. 図1〜図3に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIGS. 比較例に係る半導体装置の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on a comparative example. 第1の実施形態に係るレイアウトのエレクトロマイグレーション特性と比較例に係るレイアウトのエレクトロマイグレーション特性を示すグラフである。It is a graph which shows the electromigration characteristic of the layout which concerns on 1st Embodiment, and the electromigration characteristic of the layout which concerns on a comparative example. 図2の第1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of FIG. 図2の第2の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of FIG. 図2の第3の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd modification of FIG. 図2の第4の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 4th modification of FIG. 図2の第5の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 5th modification of FIG. 図2の第6の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 6th modification of FIG. 第2の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 図21の破線αで囲まれた領域を拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region enclosed with the broken line (alpha) of FIG. 図21の破線βで囲まれた領域を拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region enclosed with the broken line (beta) of FIG. 第3の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 図24の破線αで囲まれた領域を拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region enclosed with the broken line (alpha) of FIG. 図24の破線βで囲まれた領域を拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region enclosed with the broken line (beta) of FIG. 図1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of FIG. 図27の破線αで囲まれた領域を拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region enclosed with the broken line (alpha) of FIG. 図27の破線βで囲まれた領域を拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region enclosed with the broken line (beta) of FIG.

以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置SDの構成を示す平面図である。図2は、図1のA−A´断面図である。図3は、図1のB−B´断面図である。図2及び図3に示すように、半導体装置SDは、半導体基板SMS、バッファ層BUF、窒化物半導体層NSL(第1窒化物半導体層NSL1及び第2窒化物半導体層NSL2)、保護絶縁層PIL(例えば、シリコン窒化膜(SiN))、及び層間絶縁膜ILD(例えば、シリコン酸化膜(SiO))を備えている。半導体基板SMS、バッファ層BUF、第1窒化物半導体層NSL1、及び第2窒化物半導体層NSL2、保護絶縁層PIL、及び層間絶縁膜ILDは、この順で積層されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the semiconductor device SD according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 2 and 3, the semiconductor device SD includes a semiconductor substrate SMS, a buffer layer BUF, a nitride semiconductor layer NSL (first nitride semiconductor layer NSL1 and second nitride semiconductor layer NSL2), and a protective insulating layer PIL. (For example, a silicon nitride film (SiN)) and an interlayer insulating film ILD (for example, a silicon oxide film (SiO 2 )). The semiconductor substrate SMS, the buffer layer BUF, the first nitride semiconductor layer NSL1, the second nitride semiconductor layer NSL2, the protective insulating layer PIL, and the interlayer insulating film ILD are stacked in this order.

図1を用いて、半導体装置SDの平面レイアウトについて説明する。本図に示すように、半導体装置SDは、複数のトランジスタTR、ドレインパッドDP(配線)、ソースパッドSP(配線)、ゲートパッドGP、複数のドレイン電極DE、複数のソース電極SE、複数のゲート電極GE、及びゲート配線GLを備えている。   A planar layout of the semiconductor device SD will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the semiconductor device SD includes a plurality of transistors TR, a drain pad DP (wiring), a source pad SP (wiring), a gate pad GP, a plurality of drain electrodes DE, a plurality of source electrodes SE, and a plurality of gates. An electrode GE and a gate wiring GL are provided.

各トランジスタTRは、ゲート電極GEを有し、かつ窒化物半導体層NSL(図2及び図3)にドレイン及びソースを有している。後述するように、ゲート電極GEは、第1方向(y方向)に延伸している。ドレイン及びソースには、それぞれ、ドレイン電極DE及びソース電極SEが電気的に接続する。この場合、各トランジスタTRでは、第1方向(y方向)と直交する第2方向(x方向)に、ドレイン(ドレイン電極DE)、ゲート電極GE、及びソース(ソース電極SE)がこの順で並んでいる。   Each transistor TR has a gate electrode GE and has a drain and a source in the nitride semiconductor layer NSL (FIGS. 2 and 3). As will be described later, the gate electrode GE extends in the first direction (y direction). A drain electrode DE and a source electrode SE are electrically connected to the drain and the source, respectively. In this case, in each transistor TR, a drain (drain electrode DE), a gate electrode GE, and a source (source electrode SE) are arranged in this order in a second direction (x direction) orthogonal to the first direction (y direction). It is out.

本図に示す例では、複数のトランジスタTRが第2方向(x方向)に並んでいる。詳細には、複数のトランジスタTRそれぞれのゲート電極GEが第2方向(x方向)に並んでいる。そして本図に示す例では、ドレイン電極DE、ゲート電極GE、ソース電極SE、及びゲート電極GEがこの順で第2方向(x方向)に繰り返し配置されている。この場合にドレイン電極DEを介して互いに隣り合うトランジスタTRは、ドレインが同一のドレイン電極DEに電気的に接続している。同様に、ソース電極SEを介して互いに隣り合うトランジスタTRは、ソースが同一のソース電極SEに電気的に接続している。   In the example shown in this drawing, a plurality of transistors TR are arranged in the second direction (x direction). Specifically, the gate electrodes GE of the plurality of transistors TR are arranged in the second direction (x direction). In the example shown in the drawing, the drain electrode DE, the gate electrode GE, the source electrode SE, and the gate electrode GE are repeatedly arranged in this order in the second direction (x direction). In this case, the transistors TR adjacent to each other via the drain electrode DE have their drains electrically connected to the same drain electrode DE. Similarly, the transistors TR adjacent to each other via the source electrode SE are electrically connected to the same source electrode SE.

ドレインパッドDP及びソースパッドSPは、平面視で第1方向(y方向)にトランジスタTRを介して互いに対向している。そしてドレインパッドDP及びソースパッドSPは、第2方向(x方向)に延伸している。より詳細には、ドレインパッドDP及びソースパッドSPは、平面形状が第2方向(x方向)に長手方向を有する矩形となっている。   The drain pad DP and the source pad SP are opposed to each other via the transistor TR in the first direction (y direction) in plan view. The drain pad DP and the source pad SP extend in the second direction (x direction). More specifically, the drain pad DP and the source pad SP have a rectangular shape in which the planar shape has a longitudinal direction in the second direction (x direction).

複数のドレイン電極DEは、ドレインパッドDPに櫛歯状に形成されている。この場合に複数のドレイン電極DEは、ドレインパッドDPと一体として形成されている。同様に、複数のソース電極SEは、ソースパッドSPに櫛歯状に形成されている。この場合に複数のソース電極SEは、ソースパッドSPと一体として形成されている。そしてドレイン電極DE及びソース電極SEは互いにかみ合うように配置されている。   The plurality of drain electrodes DE are formed in a comb-teeth shape on the drain pad DP. In this case, the plurality of drain electrodes DE are formed integrally with the drain pad DP. Similarly, the plurality of source electrodes SE are formed in a comb shape on the source pad SP. In this case, the plurality of source electrodes SE are formed integrally with the source pad SP. The drain electrode DE and the source electrode SE are arranged so as to mesh with each other.

より詳細には、ドレインパッドDPは、ソースパッドSPに対向する側面(側面DSF:第1側面)に、複数のドレイン電極DEを有している。この場合に、各ドレイン電極DEは、ドレインパッドDPの側面DSFに部分的に形成されている。さらに各ドレイン電極DEは、ドレインパッドDP側からソースパッドSP側に向かって第1方向(y方向)に延伸している。同様に、ソースパッドSPは、ドレインパッドDPに対向する側面(側面SSF:第1側面)に、複数のソース電極SEを有している。この場合に、各ソース電極SEは、ソースパッドSPの側面SSFに部分的に形成されている。さらに各ソース電極SEは、ソースパッドSP側からドレインパッドDP側に向かって第1方向(y方向)に延伸している。そしてソース電極SE及びドレイン電極DEは、第2方向(x方向)にこの順で繰り返し配置されている。   More specifically, the drain pad DP has a plurality of drain electrodes DE on a side surface (side surface DSF: first side surface) facing the source pad SP. In this case, each drain electrode DE is partially formed on the side surface DSF of the drain pad DP. Further, each drain electrode DE extends in the first direction (y direction) from the drain pad DP side toward the source pad SP side. Similarly, the source pad SP has a plurality of source electrodes SE on the side surface (side surface SSF: first side surface) facing the drain pad DP. In this case, each source electrode SE is partially formed on the side surface SSF of the source pad SP. Further, each source electrode SE extends in the first direction (y direction) from the source pad SP side toward the drain pad DP side. The source electrode SE and the drain electrode DE are repeatedly arranged in this order in the second direction (x direction).

なお、本図に示す例では、各ドレイン電極DEの幅が等しくなっている。ただし、各ドレイン電極DEの幅は、互いに異なっていてもよい。同様に、本図に示す例では、各ソース電極SEの幅が等しくなっている。ただし、各ソース電極SEの幅は、互いに異なっていてもよい。   In the example shown in this figure, the widths of the drain electrodes DE are equal. However, the width of each drain electrode DE may be different from each other. Similarly, in the example shown in this drawing, the widths of the source electrodes SE are equal. However, the widths of the source electrodes SE may be different from each other.

図2及び図3を用いて後述するように、層間絶縁膜ILD(図2及び図3)には、凹部RECが形成されている。図1を用いて凹部RECの平面形状について説明する。凹部RECは、平面視において、複数設けられている。そして各凹部RECは、平面視において、各ドレイン電極DE及び各ソース電極SEに設けられている。   As will be described later with reference to FIGS. 2 and 3, a recess REC is formed in the interlayer insulating film ILD (FIGS. 2 and 3). The planar shape of the recess REC will be described with reference to FIG. A plurality of recesses REC are provided in plan view. Each recess REC is provided in each drain electrode DE and each source electrode SE in plan view.

詳細には、ドレイン電極DEに設けられた凹部REC(凹部DRE)は、平面視でドレイン電極DEと重なる領域に位置している。同様に、ソース電極SEに設けられた凹部REC(凹部SRE)は、平面視でソース電極SEと重なる領域に位置している。さらに本図に示す例では、凹部DREは、ドレイン電極DEの延伸方向(y方向)に沿って延伸している。同様に、凹部SREは、ソース電極SEの延伸方向(y方向)に沿って延伸している。   Specifically, the recess REC (recess DRE) provided in the drain electrode DE is located in a region overlapping the drain electrode DE in plan view. Similarly, the recess REC (recess SRE) provided in the source electrode SE is located in a region overlapping the source electrode SE in plan view. Furthermore, in the example shown in this drawing, the recess DRE extends along the extending direction (y direction) of the drain electrode DE. Similarly, the recess SRE extends along the extending direction (y direction) of the source electrode SE.

なお、本図に示す例において、凹部DREのうちドレイン電極DEと平面視で重なる部分の第1方向(y方向)の長さは、ドレイン電極DEの第1方向(y方向)の長さに対して、例えば75%以上100%未満である。同様に、凹部SREのうちソース電極SEと平面視で重なる部分の第1方向(y方向)の長さは、ソース電極SEの第1方向(y方向)の長さに対して、例えば75%以上100%未満である。ただし、凹部DRE及び凹部SREの上記した長さは、上記した例に限定されるものではない。   In the example shown in this figure, the length in the first direction (y direction) of the portion of the recess DRE that overlaps the drain electrode DE in plan view is the length in the first direction (y direction) of the drain electrode DE. On the other hand, it is 75% or more and less than 100%, for example. Similarly, the length of the portion of the recess SRE that overlaps the source electrode SE in plan view in the first direction (y direction) is, for example, 75% of the length of the source electrode SE in the first direction (y direction). It is less than 100%. However, the lengths of the recess DRE and the recess SRE are not limited to the above example.

さらに、平面視において、凹部DREは、ドレイン電極DEを介して互いに隣り合うゲート電極GEによって挟まれている。同様に、平面視において、凹部SREは、ソース電極SEを介して互いに隣り合うゲート電極GEによって挟まれている。各ゲート電極GEは、ゲート配線GLから第1方向(y方向)に延伸している。   Further, in plan view, the recess DRE is sandwiched between the gate electrodes GE adjacent to each other via the drain electrode DE. Similarly, in plan view, the recess SRE is sandwiched between the gate electrodes GE adjacent to each other via the source electrode SE. Each gate electrode GE extends in the first direction (y direction) from the gate line GL.

ゲート配線GLは、平面視でドレイン電極DEに比してソースパッドSP側に位置している。この場合にゲート配線GLは、第2方向(x方向)に延伸している。そして本図に示す例では、ゲート配線GLは、一端が一のゲートパッドGPに接続し、他端が他のゲートパッドGPに接続している。さらに、ゲート配線GLには、複数のゲート電極GEが櫛歯状に形成されている。この場合、ゲート電極GEは、ゲート配線GLと一体として形成されている。   The gate line GL is located closer to the source pad SP than the drain electrode DE in plan view. In this case, the gate line GL extends in the second direction (x direction). In the example shown in this figure, the gate wiring GL has one end connected to one gate pad GP and the other end connected to another gate pad GP. Further, a plurality of gate electrodes GE are formed in a comb shape on the gate wiring GL. In this case, the gate electrode GE is formed integrally with the gate wiring GL.

本図に示す例では、凹部DREの第2方向(x方向)における幅は、ドレイン電極DEの第2方向(x方向)における幅よりも狭い。同様に、凹部SREの第2方向(x方向)における幅は、ソース電極SEの第2方向(x方向)における幅よりも狭い。この場合、後述するように、ドレイン電極DEは、凹部RECが形成されている領域では凹部RECに埋め込まれ、凹部RECが形成されていない領域では層間絶縁膜ILD(図2及び図3)上に位置する。同様に、ソース電極SEは、凹部RECが形成されている領域では凹部RECに埋め込まれ、凹部RECが形成されていない領域では層間絶縁膜ILD(図2及び図3)上に位置する。   In the example shown in this drawing, the width of the recess DRE in the second direction (x direction) is narrower than the width of the drain electrode DE in the second direction (x direction). Similarly, the width of the recess SRE in the second direction (x direction) is narrower than the width of the source electrode SE in the second direction (x direction). In this case, as will be described later, the drain electrode DE is embedded in the recess REC in the region where the recess REC is formed, and on the interlayer insulating film ILD (FIGS. 2 and 3) in the region where the recess REC is not formed. To position. Similarly, the source electrode SE is buried in the recess REC in the region where the recess REC is formed, and is located on the interlayer insulating film ILD (FIGS. 2 and 3) in the region where the recess REC is not formed.

なお、凹部DREの第2方向(x方向)における幅は、ドレイン電極DEの第2方向(x方向)における幅と等しくてもよい。この場合、第2方向(x方向)において、ドレイン電極DEの全体が凹部DREに埋め込まれる。同様にして、凹部SREの第2方向(x方向)における幅は、ソース電極SEの第2方向(x方向)における幅と等しくてもよい。この場合、第2方向(x方向)において、ソース電極SEの全体が凹部SREに埋め込まれる。   Note that the width of the recess DRE in the second direction (x direction) may be equal to the width of the drain electrode DE in the second direction (x direction). In this case, the entire drain electrode DE is embedded in the recess DRE in the second direction (x direction). Similarly, the width of the recess SRE in the second direction (x direction) may be equal to the width of the source electrode SE in the second direction (x direction). In this case, the entire source electrode SE is embedded in the recess SRE in the second direction (x direction).

図4は、図1の破線αで囲まれた領域を拡大した図である。本図に示すように、凹部DREのうちドレインパッドDPに面する側面(側面RDS)は、第1方向(y方向)で見て、ドレインパッドDPに入り込んでいる。この場合、ドレインパッドDPの一部が凹部DREに埋め込まれる。   FIG. 4 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line α in FIG. As shown in the figure, the side surface (side surface RDS) facing the drain pad DP in the recess DRE enters the drain pad DP when viewed in the first direction (y direction). In this case, a part of the drain pad DP is embedded in the recess DRE.

凹部DREのうち第1方向(y方向)で見てドレインパッドDPに入り込んでいる部分の長さは、例えば、300nmにすることができる。この場合、凹部DREを確実にドレインパッドDPに入り込ませることができる。詳細には、凹部DREの一部がドレインパッドDPに入り込むように凹部DRE及びドレインパッドDPを設計しても、例えばリソグラフィの誤差によって凹部DREの位置が設計からずれる場合がある。このような場合においても、実際に製造されるレイアウトで凹部DREが上記した例の条件を満たすときは、凹部DREを確実にドレインパッドDPに入り込ませることができる。   The length of the portion of the recess DRE entering the drain pad DP when viewed in the first direction (y direction) can be set to, for example, 300 nm. In this case, the recess DRE can surely enter the drain pad DP. Specifically, even when the recess DRE and the drain pad DP are designed so that a part of the recess DRE enters the drain pad DP, the position of the recess DRE may be shifted from the design due to, for example, a lithography error. Even in such a case, when the recess DRE satisfies the above-described example in the actually manufactured layout, the recess DRE can surely enter the drain pad DP.

図5は、図1の破線βで囲まれた領域を拡大した図である。本図に示すように、凹部SREのうちソースパッドSPに面する側面(側面RSS)は、第1方向(y方向)で見て、ソースパッドSPに入り込んでいる。この場合、ソースパッドSPの一部が凹部SREに埋め込まれる。なお、凹部SREのうち第1方向(y方向)で見てソースパッドSPに入り込んでいる部分の長さは、例えば、凹部DREの上記した例と同様にすることができる。   FIG. 5 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line β in FIG. As shown in the figure, the side surface (side surface RSS) facing the source pad SP in the recess SRE enters the source pad SP when viewed in the first direction (y direction). In this case, a part of the source pad SP is embedded in the recess SRE. Note that the length of the portion of the recess SRE that enters the source pad SP when viewed in the first direction (y direction) can be the same as, for example, the above-described example of the recess DRE.

さらに本図に示す例では、ゲート配線GL、側面SSF(ソースパッドSPのうちソース電極SEが形成されている側面)、及びソース電極SEがこの順で第1方向(y方向)に並んでいる。これにより、第1方向(y方向)で見て凹部SREをソースパッドSPに入り込ませることができる。後述するように、凹部SREは、層間絶縁膜ILDに形成される(図2及び図3)。一方、ゲート配線GLは、層間絶縁膜ILDに埋め込まれている(図3)。このため、凹部SREは、平面視でゲート配線GLと重なる領域に形成することができない。そこで本図に示す例では、第1方向(y方向)で見てゲート配線GLをソースパッドSPに入り込ませている。この場合、上記したように第1方向(y方向)で見て凹部SREをソースパッドSPに入り込ませることができる。   Further, in the example shown in this drawing, the gate wiring GL, the side surface SSF (the side surface of the source pad SP where the source electrode SE is formed), and the source electrode SE are arranged in this order in the first direction (y direction). . As a result, the recess SRE can enter the source pad SP when viewed in the first direction (y direction). As will be described later, the recess SRE is formed in the interlayer insulating film ILD (FIGS. 2 and 3). On the other hand, the gate wiring GL is buried in the interlayer insulating film ILD (FIG. 3). For this reason, the recess SRE cannot be formed in a region overlapping the gate wiring GL in plan view. Therefore, in the example shown in this figure, the gate line GL is inserted into the source pad SP as viewed in the first direction (y direction). In this case, as described above, the recess SRE can enter the source pad SP when viewed in the first direction (y direction).

次に、図2及び図3を用いて、半導体装置SDの断面構造について説明する。半導体基板SMSは、例えば、シリコン基板、SOI(Silicon On Insulator)基板、GaN基板、又はSiC基板である。ただし、半導体基板SMSは、これらに限定されるものではない。なお、半導体基板SMSに代わって、例えばサファイア基板を用いてもよい。   Next, a cross-sectional structure of the semiconductor device SD will be described with reference to FIGS. The semiconductor substrate SMS is, for example, a silicon substrate, an SOI (Silicon On Insulator) substrate, a GaN substrate, or a SiC substrate. However, the semiconductor substrate SMS is not limited to these. Note that, for example, a sapphire substrate may be used instead of the semiconductor substrate SMS.

窒化物半導体層NSLでは、第1窒化物半導体層NSL1及び第2窒化物半導体層NSL2がヘテロ接合を形成している。これにより、第1窒化物半導体層NSL1は、第2窒化物半導体層NSL2側に2次元電子ガス(2DEG:2−Dimensional Electron Gas)を形成している。第1窒化物半導体層NSL1及び第2窒化物半導体層NSL2は、エピタキシャル成長により形成されており、それぞれ、例えば、GaN層(第1窒化物半導体層NSL1)及びAlGaN層(第2窒化物半導体層NSL2)である。ただし、第1窒化物半導体層NSL1及び第2窒化物半導体層NSL2の材料はこの例に限定されるものではない。   In the nitride semiconductor layer NSL, the first nitride semiconductor layer NSL1 and the second nitride semiconductor layer NSL2 form a heterojunction. Thus, the first nitride semiconductor layer NSL1 forms a two-dimensional electron gas (2DEG: 2-Dimensional Electron Gas) on the second nitride semiconductor layer NSL2 side. The first nitride semiconductor layer NSL1 and the second nitride semiconductor layer NSL2 are formed by epitaxial growth, for example, a GaN layer (first nitride semiconductor layer NSL1) and an AlGaN layer (second nitride semiconductor layer NSL2), respectively. ). However, the materials of the first nitride semiconductor layer NSL1 and the second nitride semiconductor layer NSL2 are not limited to this example.

本図に示す例では、半導体基板SMSと窒化物半導体層NSL(第1窒化物半導体層NSL1)の間に、バッファ層BUFが形成されている。バッファ層BUFは、例えば、AlN/AlGaNの超格子構造である。バッファ層BUFによって、半導体基板SMSにクラック(例えば、半導体基板SMSと第1窒化物半導体層NSL1の格子定数の差に起因して生じるクラック)が生じることが抑制される。   In the example shown in this drawing, a buffer layer BUF is formed between the semiconductor substrate SMS and the nitride semiconductor layer NSL (first nitride semiconductor layer NSL1). The buffer layer BUF has, for example, an AlN / AlGaN superlattice structure. The buffer layer BUF suppresses occurrence of cracks in the semiconductor substrate SMS (for example, cracks caused by a difference in lattice constant between the semiconductor substrate SMS and the first nitride semiconductor layer NSL1).

図2に示すように、保護絶縁層PILには、凹部GREが形成されている。本図に示す例において、凹部GREは、下端が窒化物半導体層NSL(第2窒化物半導体層NSL2)の上面に達している。そして凹部GREの底面及び側面に沿ってゲート絶縁膜GI(例えば、シリコン酸化膜(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、又は酸化ハフニウム(HfO))が形成されている。さらにゲート絶縁膜GI上には、ゲート電極GEが形成されている。これにより、凹部GREは、ゲート電極GEによって埋め込まれている。さらにゲート電極GEは、層間絶縁膜ILDによって覆われている。なお、ゲート電極GEは、例えば、ポリシリコン又は金属(例えば、アルミニウム)により形成されている。 As shown in FIG. 2, a recess GRE is formed in the protective insulating layer PIL. In the example shown in this drawing, the recess GRE has a lower end reaching the upper surface of the nitride semiconductor layer NSL (second nitride semiconductor layer NSL2). A gate insulating film GI (for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or hafnium oxide (HfO 2 )) is formed along the bottom and side surfaces of the recess GRE. Further, a gate electrode GE is formed on the gate insulating film GI. Thereby, the recess GRE is filled with the gate electrode GE. Further, the gate electrode GE is covered with an interlayer insulating film ILD. Note that the gate electrode GE is formed of, for example, polysilicon or metal (for example, aluminum).

なお、本図に示す例では、ゲート絶縁膜GI及びゲート電極GEは、凹部GREの周囲にも形成されている。この場合、ゲート絶縁膜GI及びゲート電極GEは、凹部GREが形成されている領域では凹部GREに埋め込まれている。これに対して、ゲート絶縁膜GI及びゲート電極GEは、凹部GREが形成されていない領域では、保護絶縁層PILの上に位置している。   In the example shown in this drawing, the gate insulating film GI and the gate electrode GE are also formed around the recess GRE. In this case, the gate insulating film GI and the gate electrode GE are embedded in the recess GRE in the region where the recess GRE is formed. On the other hand, the gate insulating film GI and the gate electrode GE are located on the protective insulating layer PIL in a region where the recess GRE is not formed.

層間絶縁膜ILDには、凹部REC(凹部DRE及び凹部SRE)が形成されている。本図に示す例では、凹部RECは、下端が窒化物半導体層NSL(第2窒化物半導体層NSL2)の上面に達している。そして凹部DREの底面及び側面に沿ってバリアメタル膜BM(バリアメタル膜DBM)が形成されている。同様に、凹部SREの底面及び側面に沿ってバリアメタル膜BM(バリアメタル膜SBM)が形成されている。そしてバリアメタル膜DBM上には、ドレイン電極DEが形成されている。これにより、凹部DREは、ドレイン電極DEによって埋め込まれている。同様に、バリアメタル膜SBM上にはソース電極SEが形成されている。これにより、凹部SREは、ソース電極SEによって埋め込まれている。   Recesses REC (recesses DRE and recesses SRE) are formed in the interlayer insulating film ILD. In the example shown in the drawing, the lower end of the recess REC reaches the upper surface of the nitride semiconductor layer NSL (second nitride semiconductor layer NSL2). A barrier metal film BM (barrier metal film DBM) is formed along the bottom and side surfaces of the recess DRE. Similarly, a barrier metal film BM (barrier metal film SBM) is formed along the bottom and side surfaces of the recess SRE. A drain electrode DE is formed on the barrier metal film DBM. Thereby, the recess DRE is filled with the drain electrode DE. Similarly, a source electrode SE is formed on the barrier metal film SBM. Thereby, the recess SRE is filled with the source electrode SE.

なお、本図に示す例では、バリアメタル膜BM及びドレイン電極DE(ソース電極SE)は、凹部RECの周囲にも形成されている。この場合、バリアメタル膜BM及びドレイン電極DE(ソース電極SE)は、凹部RECが形成されている領域では凹部RECに埋め込まれている。これに対して、バリアメタル膜BM及びドレイン電極DE(ソース電極SE)は、凹部RECが形成されていない領域では、層間絶縁膜ILDの上に位置している。   In the example shown in this drawing, the barrier metal film BM and the drain electrode DE (source electrode SE) are also formed around the recess REC. In this case, the barrier metal film BM and the drain electrode DE (source electrode SE) are embedded in the recess REC in the region where the recess REC is formed. On the other hand, the barrier metal film BM and the drain electrode DE (source electrode SE) are located on the interlayer insulating film ILD in the region where the recess REC is not formed.

本図に示す例において、バリアメタル膜BMは、チタン(Ti)からなる単層膜である。そしてドレイン電極DE及びソース電極SEは、銅を含むアルミニウム合金(AlCu)により形成されている。この場合に本図に示す例では、バリアメタル膜BMとドレイン電極DE(ソース電極SE)の間に、チタンとアルミニウムの反応を抑制する膜(バリア膜)が形成されていない。言い換えると、バリアメタル膜BMがドレイン電極DE(ソース電極SE)に直接接続している。バリア膜は、例えば、窒化チタン(TiN)からなる膜である。詳細を後述するように、本図に示す例では、バリア膜を設けなくても、バリアメタル膜BMに含まれるチタン(Ti)とドレイン電極DE(ソース電極SE)に含まれるアルミニウム(Al)の反応を抑制することができる。   In the example shown in this figure, the barrier metal film BM is a single layer film made of titanium (Ti). The drain electrode DE and the source electrode SE are formed of an aluminum alloy (AlCu) containing copper. In this case, in the example shown in this drawing, a film (barrier film) that suppresses the reaction between titanium and aluminum is not formed between the barrier metal film BM and the drain electrode DE (source electrode SE). In other words, the barrier metal film BM is directly connected to the drain electrode DE (source electrode SE). The barrier film is a film made of, for example, titanium nitride (TiN). As will be described in detail later, in the example shown in this drawing, titanium (Ti) contained in the barrier metal film BM and aluminum (Al) contained in the drain electrode DE (source electrode SE) can be provided without providing a barrier film. The reaction can be suppressed.

さらにバリア膜が窒化チタン(TiN)からなる膜である場合、ドレイン電極DE(ソース電極SE)と窒化物半導体層NSLのオーミック接合を形成するための高温の熱工程が不要となる。詳細には、ドレイン電極DE(ソース電極SE)と窒化物半導体層NSLは、オーミック接合によって互いに電気的に接続している必要がある。この場合において、窒化チタン(TiN)からなる膜がバリアメタル膜BMとドレイン電極DE(ソース電極SE)の間に含まれているとき、高温の熱工程が必要となる。これに対して、本図に示す例においては、このような熱工程が不要となる。   Further, when the barrier film is a film made of titanium nitride (TiN), a high-temperature thermal process for forming an ohmic junction between the drain electrode DE (source electrode SE) and the nitride semiconductor layer NSL becomes unnecessary. Specifically, the drain electrode DE (source electrode SE) and the nitride semiconductor layer NSL need to be electrically connected to each other through an ohmic junction. In this case, when a film made of titanium nitride (TiN) is included between the barrier metal film BM and the drain electrode DE (source electrode SE), a high-temperature thermal process is required. On the other hand, in the example shown in this figure, such a heat process becomes unnecessary.

ただし、バリアメタル膜BMは、例えば、窒化チタン/チタン(TiN/Ti)積層膜であってもよい。この場合においても、上記した熱工程を実施すれば、ドレイン電極DE(ソース電極SE)と窒化物半導体層NSLをオーミック接合によって電気的に接続することができる。さらに、バリアメタル膜BMは、チタン(Ti)を含む膜であれば、上記した例に限定されるものではない。   However, the barrier metal film BM may be, for example, a titanium nitride / titanium (TiN / Ti) laminated film. Even in this case, the drain electrode DE (source electrode SE) and the nitride semiconductor layer NSL can be electrically connected by an ohmic junction if the above-described thermal process is performed. Furthermore, the barrier metal film BM is not limited to the above example as long as it is a film containing titanium (Ti).

さらに、ドレイン電極DE(ソース電極SE)の材料は、上記した例(AlCu)に限定されるものではない。ドレイン電極DE(ソース電極SE)は、アルミニウム(Al)を含む膜により形成されている。例えば、ドレイン電極DE(ソース電極SE)は、アルミニウム(Al)からなる単層膜である。その他の例として、ドレイン電極DE(ソース電極SE)は、シリコン(Si)及び銅(Cu)を含むアルミニウム合金(AlSiCu)である。   Furthermore, the material of the drain electrode DE (source electrode SE) is not limited to the above example (AlCu). The drain electrode DE (source electrode SE) is formed of a film containing aluminum (Al). For example, the drain electrode DE (source electrode SE) is a single layer film made of aluminum (Al). As another example, the drain electrode DE (source electrode SE) is an aluminum alloy (AlSiCu) containing silicon (Si) and copper (Cu).

図3に示すように、保護絶縁層PIL上には、ゲート配線GLが設けられている。そしてゲート配線GLは、層間絶縁膜ILDによって覆われている。さらに層間絶縁膜ILDを介してゲート配線GLの上方には、ソースパッドSPが位置している。   As shown in FIG. 3, the gate wiring GL is provided on the protective insulating layer PIL. The gate wiring GL is covered with an interlayer insulating film ILD. Further, the source pad SP is located above the gate wiring GL via the interlayer insulating film ILD.

本図に示すように、ソースパッドSP及びソース電極SEは一体として形成されている。さらにバリアメタル膜BMが凹部SREの底面及び側面、並びにソースパッドSPの底面に沿って形成されている。そして上記したように、凹部SREの側面RSSが第1方向(y方向)でソースパッドSPに入り込んでいる。これにより、側面RSS、側面SSF(ソースパッドSPのうちソース電極SEが形成された側面)、及びソース電極SEがこの順で第1方向(y方向)に並んでいる。   As shown in the figure, the source pad SP and the source electrode SE are integrally formed. Further, a barrier metal film BM is formed along the bottom and side surfaces of the recess SRE and the bottom surface of the source pad SP. As described above, the side surface RSS of the recess SRE enters the source pad SP in the first direction (y direction). Thus, the side surface RSS, the side surface SSF (the side surface of the source pad SP where the source electrode SE is formed), and the source electrode SE are arranged in this order in the first direction (y direction).

本図に示す例において、第1方向(y方向)で側面RSSと側面SSFの間には、窒化物半導体層NSL、バリアメタル膜BM、及びソースパッドSPがこの順で厚さ方向(z方向)に積層した構造が位置するようになる。言い換えると、第1方向(y方向)で側面RSSと側面SSFの間において、厚さ方向(z方向)に層間絶縁膜ILDとバリアメタル膜BM(バリアメタル膜SBM)の界面が形成されていない。この場合、詳細を後述するように、ソース電極SEのエレクトロマイグレーション耐性が高いものになる。   In the example shown in this figure, the nitride semiconductor layer NSL, the barrier metal film BM, and the source pad SP are arranged in this order (z direction) between the side surface RSS and the side surface SSF in the first direction (y direction). ) Will be positioned. In other words, the interface between the interlayer insulating film ILD and the barrier metal film BM (barrier metal film SBM) is not formed in the thickness direction (z direction) between the side surface RSS and the side surface SSF in the first direction (y direction). . In this case, as will be described in detail later, the electromigration resistance of the source electrode SE is high.

図6〜図12は、図1〜図3に示した半導体装置SDの製造方法を示す断面図であり、図2に対応する。まず、図6に示すように、半導体基板SMS上に、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によりバッファ層BUFを形成する。次いで、バッファ層BUF上に、例えばエピタキシャル成長によって、窒化物半導体層NSL(第1窒化物半導体層NSL1及び第2窒化物半導体層NSL2)を形成する。次いで、窒化物半導体層NSL上に保護絶縁層PILを形成する。   6 to 12 are sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device SD shown in FIGS. 1 to 3 and correspond to FIG. First, as shown in FIG. 6, the buffer layer BUF is formed on the semiconductor substrate SMS by, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). Next, the nitride semiconductor layer NSL (the first nitride semiconductor layer NSL1 and the second nitride semiconductor layer NSL2) is formed on the buffer layer BUF, for example, by epitaxial growth. Next, the protective insulating layer PIL is formed over the nitride semiconductor layer NSL.

次いで、図7に示すように、保護絶縁層PILに凹部GREを形成する。本図に示す例において凹部GREは、保護絶縁層PILを貫通する。そして凹部GREの下端は、窒化物半導体層NSL(第2窒化物半導体層NSL2)の上面に達している。   Next, as shown in FIG. 7, a recess GRE is formed in the protective insulating layer PIL. In the example shown in this figure, the recess GRE penetrates the protective insulating layer PIL. The lower end of the recess GRE reaches the upper surface of the nitride semiconductor layer NSL (second nitride semiconductor layer NSL2).

次いで、図8に示すように、保護絶縁層PIL上に、絶縁膜GI1及び導電膜GE1をこの順で積層する。絶縁膜GI1は、ゲート絶縁膜GIとなる絶縁膜である。導電膜GE1は、ゲート電極GE及びゲート配線GLとなる導電膜である。本図に示す例では、絶縁膜GI1の一部及び導電膜GE1の一部が凹部GREに埋め込まれている。   Next, as shown in FIG. 8, the insulating film GI1 and the conductive film GE1 are stacked in this order on the protective insulating layer PIL. The insulating film GI1 is an insulating film that becomes the gate insulating film GI. The conductive film GE1 is a conductive film that becomes the gate electrode GE and the gate wiring GL. In the example shown in this figure, a part of the insulating film GI1 and a part of the conductive film GE1 are embedded in the recess GRE.

次いで、図9に示すように、絶縁膜GI1及び導電膜GE1(図8)をパターニングする。これにより、ゲート絶縁膜GI及びゲート電極GEが形成される。なお、この工程では、ゲート配線GL(図1及び図3)もゲート電極GEとともに形成される。   Next, as shown in FIG. 9, the insulating film GI1 and the conductive film GE1 (FIG. 8) are patterned. Thereby, the gate insulating film GI and the gate electrode GE are formed. In this step, the gate wiring GL (FIGS. 1 and 3) is also formed together with the gate electrode GE.

次いで、図10に示すように、保護絶縁層PIL上及びゲート電極GE上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)により層間絶縁膜ILDを形成する。これにより、保護絶縁層PIL及びゲート電極GEが層間絶縁膜ILDによって覆われる。   Next, as shown in FIG. 10, an interlayer insulating film ILD is formed on the protective insulating layer PIL and the gate electrode GE by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition). Thereby, the protective insulating layer PIL and the gate electrode GE are covered with the interlayer insulating film ILD.

次いで、図11に示すように、リソグラフィによって層間絶縁膜ILDに凹部REC(凹部DRE及び凹部SRE)を形成する。この場合に凹部RECは、層間絶縁膜ILD及び保護絶縁層PILを貫通する。そして凹部RECの下端は、窒化物半導体層NSL(第2窒化物半導体層NSL2)の上面に達している。   Next, as shown in FIG. 11, recesses REC (recesses DRE and recesses SRE) are formed in the interlayer insulating film ILD by lithography. In this case, the recess REC penetrates the interlayer insulating film ILD and the protective insulating layer PIL. The lower end of the recess REC reaches the upper surface of the nitride semiconductor layer NSL (second nitride semiconductor layer NSL2).

次いで、図12に示すように、層間絶縁膜ILD上に、例えばスパッタにより金属膜BM1を形成する。金属膜BM1は、バリアメタル膜BMとなる金属膜である。次いで、金属膜BM1上に、例えばスパッタにより金属膜MFを形成する。金属膜MFは、ドレインパッドDP及びソースパッドSP、並びにドレイン電極DE及びソース電極SEとなる金属膜である。本図に示す例では、金属膜BM1は、凹部RECの底面及び側面、並びに層間絶縁膜ILDの上面に沿って形成されている。一方、金属膜MFは、一部が凹部RECに埋め込まれている。   Next, as shown in FIG. 12, a metal film BM1 is formed on the interlayer insulating film ILD, for example, by sputtering. The metal film BM1 is a metal film that becomes the barrier metal film BM. Next, a metal film MF is formed on the metal film BM1, for example, by sputtering. The metal film MF is a metal film that becomes the drain pad DP and the source pad SP, and the drain electrode DE and the source electrode SE. In the example shown in the drawing, the metal film BM1 is formed along the bottom and side surfaces of the recess REC and the top surface of the interlayer insulating film ILD. On the other hand, the metal film MF is partially embedded in the recess REC.

次いで、金属膜MF及び金属膜BM1をパターニングする。これにより、ドレインパッドDP及びソースパッドSP、並びにドレイン電極DE及びソース電極SEが形成され、バリアメタル膜BMが形成される。このようにして図1〜図3に示した半導体装置SDが製造される。   Next, the metal film MF and the metal film BM1 are patterned. Thereby, the drain pad DP and the source pad SP, the drain electrode DE and the source electrode SE are formed, and the barrier metal film BM is formed. In this way, the semiconductor device SD shown in FIGS. 1 to 3 is manufactured.

図13は、比較例に係る半導体装置SDの構成を示す平面図であり、本実施形態の図1に対応する。比較例に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、本実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。   FIG. 13 is a plan view showing the configuration of the semiconductor device SD according to the comparative example, and corresponds to FIG. 1 of the present embodiment. The semiconductor device SD according to the comparative example has the same configuration as the semiconductor device SD according to the present embodiment except for the following points.

本図に示すように、凹部DREは、本実施形態と同様にして、ドレインパッドDP側に側面RDSを有している。同様に、凹部SREは、ソースパッドSP側に側面RSSを有している。そして本図に示す例では、側面RDSは、第1方向(y方向)で側面DSF(ドレインパッドDPのうちドレイン電極DEが形成されている側面)を介してドレインパッドDPの反対側に位置している。同様に、側面RSSは、第1方向(y方向)で側面SSF(ソースパッドSPのうちソース電極SEが形成されている側面)を介してソースパッドSPの反対側に位置している。言い換えると、側面RDSは、第1方向(y方向)でドレイン電極DEの内側に入り込んでいる。同様に、側面RSSは、第1方向(y方向)でソース電極SEの内側に入り込んでいる。   As shown in the figure, the recess DRE has a side surface RDS on the drain pad DP side in the same manner as in the present embodiment. Similarly, the recess SRE has a side surface RSS on the source pad SP side. In the example shown in this figure, the side surface RDS is positioned on the opposite side of the drain pad DP in the first direction (y direction) via the side surface DSF (the side surface of the drain pad DP on which the drain electrode DE is formed). ing. Similarly, the side surface RSS is located on the opposite side of the source pad SP via the side surface SSF (the side surface of the source pad SP where the source electrode SE is formed) in the first direction (y direction). In other words, the side surface RDS enters the inside of the drain electrode DE in the first direction (y direction). Similarly, the side surface RSS enters the inside of the source electrode SE in the first direction (y direction).

図14は、本実施形態に係るレイアウトのエレクトロマイグレーション特性と比較例に係るレイアウトのエレクトロマイグレーション特性を示すグラフである。なお、本図において、横軸の1000[a.u.]と2000[a.u.]の間には、破線が引かれている。この破線は試験が終了時刻を示している。   FIG. 14 is a graph showing the electromigration characteristics of the layout according to the present embodiment and the electromigration characteristics of the layout according to the comparative example. In this figure, 1000 [a. u. ] And 2000 [a. u. ] Are broken lines. This broken line indicates the end time of the test.

本図において、本発明者らは、本実施形態に係るレイアウトのTEG(Test Element Group)及び比較例に係るレイアウトのTEGを用いた。具体的には、本実施形態に係るTEGでは、ドレインパッドDPが1つのドレイン電極DEを有し、かつソースパッドSPが1つのソース電極SEを有している。同様に比較例に係るTEGでも、ドレインパッドDPが1つのドレイン電極DEを有し、かつソースパッドSPが1つのソース電極SEを有している。   In this figure, the inventors used a TEG (Test Element Group) according to the present embodiment and a TEG according to the comparative example. Specifically, in the TEG according to the present embodiment, the drain pad DP has one drain electrode DE, and the source pad SP has one source electrode SE. Similarly, in the TEG according to the comparative example, the drain pad DP has one drain electrode DE, and the source pad SP has one source electrode SE.

本図に示すように、本実施形態に係るレイアウトのエレクトロマイグレーション寿命は、比較例に係るレイアウトのエレクトロマイグレーション寿命に対して約2.4倍になっている。このように、本実施形態は、エレクトロマイグレーション耐性が比較例に比して良好なものになっている。以下、その理由について説明する。   As shown in this figure, the electromigration lifetime of the layout according to the present embodiment is about 2.4 times the electromigration lifetime of the layout according to the comparative example. Thus, this embodiment has better electromigration resistance than the comparative example. The reason will be described below.

一般にエレクトロマイグレーションは、配線金属が電子との衝突による運動量交換を駆動力として移動する現象である。このため、電流密度の高い領域(電流集中領域)で生じやすい。本実施形態及び比較例において、電流集中領域は、ドレインパッドDPからドレイン電極DEにかけての領域(図1及び図13)及びソースパッドSPからソース電極SEにかけての領域(図1及び図13)に相当する。   In general, electromigration is a phenomenon in which a wiring metal moves using a momentum exchange due to collision with electrons as a driving force. For this reason, it is likely to occur in a region having a high current density (current concentration region). In this embodiment and the comparative example, the current concentration region corresponds to a region from the drain pad DP to the drain electrode DE (FIGS. 1 and 13) and a region from the source pad SP to the source electrode SE (FIGS. 1 and 13). To do.

そして本実施形態及び比較例では、AlTiがエレクトロマイグレーションの原因になり得る。上記したように、ドレイン電極DE(ソース電極SE)は、アルミニウムを含んでいる。一方、バリアメタル膜BMは、チタンを含んでいる。そしてドレイン電極DE(ソース電極SE)とバリアメタル膜BMは、互いに接している。このため、ドレイン電極DE(ソース電極SE)に含まれるアルミニウムとバリアメタル膜BMに含まれるチタンが互いに反応する場合がある。この場合、ドレイン電極DE(ソース電極SE)とバリアメタル膜BMの界面にAlTiが生成される。そしてこの場合、高速拡散パスがAlTiとその周囲の領域の界面に形成され得る。高速拡散パスによってエレクトロマイグレーションが引き起こされる。 In this embodiment and the comparative example, Al 3 Ti can cause electromigration. As described above, the drain electrode DE (source electrode SE) contains aluminum. On the other hand, the barrier metal film BM contains titanium. The drain electrode DE (source electrode SE) and the barrier metal film BM are in contact with each other. For this reason, aluminum contained in the drain electrode DE (source electrode SE) and titanium contained in the barrier metal film BM may react with each other. In this case, Al 3 Ti is generated at the interface between the drain electrode DE (source electrode SE) and the barrier metal film BM. In this case, a high-speed diffusion path can be formed at the interface between Al 3 Ti and the surrounding area. The fast diffusion path causes electromigration.

本実施形態では、図1に示したように、凹部DREの側面RDS及び凹部SREの側面RSSが、第1方向(y方向)でそれぞれドレインパッドDP及びソースパッドSPに入り込んでいる。これに対して比較例では、図13に示したように、凹部DREの側面RDS及び凹部SREの側面RSSが、第1方向(y方向)でそれぞれドレイン電極DEの内側及びソース電極SEの内側に入り込んでいる。この対比から明らかなように、ドレイン電極DEのうちドレインパッドDP側の端部に凹部DREが位置すること(ソース電極SEのうちソースパッドSP側の端部に凹部SREが位置すること)がエレクトロマイグレーション耐性の向上につながっていると示唆される。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the side surface RDS of the recess DRE and the side surface RSS of the recess SRE enter the drain pad DP and the source pad SP, respectively, in the first direction (y direction). On the other hand, in the comparative example, as shown in FIG. 13, the side surface RDS of the recess DRE and the side surface RSS of the recess SRE are inside the drain electrode DE and inside the source electrode SE in the first direction (y direction), respectively. It has entered. As is clear from this comparison, the recess DRE is located at the end of the drain electrode DE on the drain pad DP side (the recess SRE is located at the end of the source electrode SE on the source pad SP side). It is suggested that this has led to an improvement in migration resistance.

本発明者らが検討したところ、凹部RECが上記した端部に位置している場合、高速拡散パスが電流集中領域に形成されることが抑制されている可能性が高いことが明らかとなった。詳細には、本実施形態では、凹部RECが上記した端部に位置している。この場合、この端部での積層構造は、ドレイン電極DE(ソース電極SE)/バリアメタル膜BM/窒化物半導体層NSLとなる(例えば、図3)。これに対して、比較例では、凹部RECが上記した端部に位置していない。この場合、この端部での積層構造は、ドレイン電極DE(ソース電極SE)/バリアメタル膜BM/層間絶縁膜ILDとなる。この対比から明らかなように、本実施形態の上記した積層構造は、比較例の上記した積層構造に比して、高速拡散パスの形成を効果的に抑制することができることが示唆される。   As a result of studies by the present inventors, it has been clarified that when the recess REC is located at the above-described end, it is highly likely that the high-speed diffusion path is suppressed from being formed in the current concentration region. . Specifically, in the present embodiment, the recess REC is located at the above-described end. In this case, the stacked structure at this end is drain electrode DE (source electrode SE) / barrier metal film BM / nitride semiconductor layer NSL (for example, FIG. 3). On the other hand, in the comparative example, the recess REC is not located at the above-described end. In this case, the laminated structure at this end is drain electrode DE (source electrode SE) / barrier metal film BM / interlayer insulating film ILD. As is clear from this comparison, it is suggested that the above-described stacked structure of this embodiment can effectively suppress the formation of a high-speed diffusion path as compared with the above-described stacked structure of the comparative example.

本発明者らは、TEM(Transmission Electron Microscope)を用いて、以下の2つの断面構造を観察した。これにより、本発明者らは、本実施形態の上記した積層構造が比較例の上記した積層構造に比して高速拡散パスの形成を効果的に抑制することができる理由を検討した。   The present inventors have observed the following two cross-sectional structures using TEM (Transmission Electron Microscope). As a result, the inventors examined the reason why the above-described stacked structure of the present embodiment can effectively suppress the formation of the high-speed diffusion path as compared with the above-described stacked structure of the comparative example.

第1に、GaN膜、Ti膜、及びAl膜がこの順で積層した構造(Al/Ti/GaN)の断面を観察した。この構造は、本実施形態の上記した積層構造に相当する。観察の結果、Al膜は、(111)の配向が高いことが明らかとなった。この理由は、Al膜がGaN膜上に形成されていることが可能性として挙げられる。言い換えると、Al膜がGaN膜の高い配向性を引き継いでいる可能性が高い。さらに言い換えると、Al膜がGaN膜を下地としてエピタキシャル成長している可能性がある。   First, a cross section of a structure (Al / Ti / GaN) in which a GaN film, a Ti film, and an Al film were laminated in this order was observed. This structure corresponds to the above-described laminated structure of the present embodiment. As a result of observation, it was revealed that the Al film has a high (111) orientation. This is because the Al film may be formed on the GaN film. In other words, there is a high possibility that the Al film inherits the high orientation of the GaN film. In other words, there is a possibility that the Al film is epitaxially grown with the GaN film as a base.

第2に、SiO膜、Ti膜、及びAl膜がこの順で積層した構造(Al/Ti/SiO)の断面を観察した。この構造は、比較例の上記した積層構造に相当する。観察の結果、Al膜は、(111)の配向が低いことが明らかとなった。この理由は、Al膜がSiO膜上に形成されていることが可能性として挙げられる。 Second, the cross section of the structure (Al / Ti / SiO 2 ) in which the SiO 2 film, Ti film, and Al film were laminated in this order was observed. This structure corresponds to the above-described laminated structure of the comparative example. As a result of observation, it was revealed that the Al film has a low (111) orientation. This is because the Al film may be formed on the SiO 2 film.

上記した観察の結果によれば、本実施形態では、AlTiが形成されても、AlTiの周囲の領域が高い配向性を有している。これにより、高速拡散パスの形成が抑制されている可能性がある。これに対して、比較例では、AlTiの周囲の領域の配向性が低い。これにより、AlTiが形成されると、AlTiとその周囲の領域の界面で高速拡散パスを形成しやすい可能性がある。このようにして、本実施形態は、エレクトロマイグレーション耐性が比較例に比して良好なものになっている。 According to the result of the observation described above, in the present embodiment, even if Al 3 Ti is formed, the region around Al 3 Ti has high orientation. Thereby, formation of a high-speed diffusion path may be suppressed. On the other hand, in the comparative example, the orientation of the region around Al 3 Ti is low. Thereby, when Al 3 Ti is formed, a high-speed diffusion path may be easily formed at the interface between Al 3 Ti and the surrounding region. In this way, this embodiment has better electromigration resistance than the comparative example.

以上、本実施形態によれば、平面視でドレイン電極DEと重なる領域に凹部DREが形成されている。同様に、平面視でソース電極SEと重なる領域に凹部SREが形成されている。そして平面視で凹部DREの一部がドレインパッドDPに入り込んでいる。同様に平面視で凹部SREの一部がソースパッドSPに入り込んでいる。これにより、ドレイン電極DEのエレクトロマイグレーション耐性及びソース電極SEのエレクトロマイグレーション耐性が高いものとなる。   As described above, according to the present embodiment, the recess DRE is formed in the region overlapping the drain electrode DE in plan view. Similarly, a recess SRE is formed in a region overlapping the source electrode SE in plan view. In plan view, a part of the recess DRE enters the drain pad DP. Similarly, a part of the recess SRE enters the source pad SP in plan view. Thereby, the electromigration resistance of the drain electrode DE and the electromigration resistance of the source electrode SE become high.

図15は、図2の第1の変形例を示す図である。本図に示すように、凹部REC(凹部DRE及び凹部SRE)の下端は、第2窒化物半導体層NSL2を貫通していてもよい。本図に示す例では、凹部RECの下端は、第1窒化物半導体層NSL1の上面に達している。本図に示す例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。   FIG. 15 is a diagram showing a first modification of FIG. As shown in the drawing, the lower end of the recess REC (the recess DRE and the recess SRE) may penetrate the second nitride semiconductor layer NSL2. In the example shown in the drawing, the lower end of the recess REC reaches the upper surface of the first nitride semiconductor layer NSL1. Also in the example shown in this figure, the same effect as this embodiment is acquired.

図16は、図2の第2の変形例を示す図であり、本変形例は図15の変形例に相当する。本図に示すように、凹部RECの下端は、第1窒化物半導体層NSL1に入り込んでいてもよい。この場合に凹部RECの下端は、第1窒化物半導体層NSL1を貫通していない。本図に示す例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。   FIG. 16 is a diagram showing a second modification of FIG. 2, and this modification corresponds to the modification of FIG. As shown in the drawing, the lower end of the recess REC may enter the first nitride semiconductor layer NSL1. In this case, the lower end of the recess REC does not penetrate the first nitride semiconductor layer NSL1. Also in the example shown in this figure, the same effect as this embodiment is acquired.

図17は、図2の第3の変形例を示す図であり、本変形例は図15の変形例に相当する。本図に示すように、凹部GREの下端は、第2窒化物半導体層NSL2に入り込んでいてもよい。この場合に凹部GREの下端は、第2窒化物半導体層NSL2を貫通していない。本図に示す例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。   FIG. 17 is a diagram showing a third modification of FIG. 2, and this modification corresponds to the modification of FIG. As shown in the figure, the lower end of the recess GRE may enter the second nitride semiconductor layer NSL2. In this case, the lower end of the recess GRE does not penetrate the second nitride semiconductor layer NSL2. Also in the example shown in this figure, the same effect as this embodiment is acquired.

図18は、図2の第4の変形例を示す図である。本図に示すように、第2窒化物半導体層NSL2と保護絶縁層PILの間にキャップ層CLが設けられていてもよい。キャップ層CLは、窒化物半導体層であり、より具体的には例えばアンドープGaN膜である。凹部GREの下端は、保護絶縁層PILを貫通してキャップ層CLの上面に達している。凹部RECの下端は、層間絶縁膜ILD、保護絶縁層PIL、及びキャップ層CLを貫通して窒化物半導体層NSL(第2窒化物半導体層NSL2)の上面に達している。   FIG. 18 is a diagram illustrating a fourth modification of FIG. As shown in the drawing, a cap layer CL may be provided between the second nitride semiconductor layer NSL2 and the protective insulating layer PIL. The cap layer CL is a nitride semiconductor layer, more specifically, for example, an undoped GaN film. The lower end of the recess GRE penetrates the protective insulating layer PIL and reaches the upper surface of the cap layer CL. The lower end of the recess REC reaches the upper surface of the nitride semiconductor layer NSL (second nitride semiconductor layer NSL2) through the interlayer insulating film ILD, the protective insulating layer PIL, and the cap layer CL.

本図に示す例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。さらに本図に示す例では、キャップ層CLによって第2窒化物半導体層NSL2の上面が覆われている。この場合、第2窒化物半導体層NSL2がキャップ層CLによって保護される。特に第2窒化物半導体層NSL2がAlGaNによって形成されている場合にキャップ層CLは有効に機能する。AlGaNに含まれるAlは酸化されやすい。本図に示す例によれば、キャップ層CLによってAlの酸化を抑制することができる。   Also in the example shown in this figure, the same effect as this embodiment is acquired. Furthermore, in the example shown in this drawing, the upper surface of the second nitride semiconductor layer NSL2 is covered with the cap layer CL. In this case, the second nitride semiconductor layer NSL2 is protected by the cap layer CL. In particular, the cap layer CL functions effectively when the second nitride semiconductor layer NSL2 is formed of AlGaN. Al contained in AlGaN is easily oxidized. According to the example shown in the figure, the oxidation of Al can be suppressed by the cap layer CL.

図19は、図2の第5の変形例を示す図であり、本変形例は図18の変形例に相当する。本図に示すように、凹部REC(凹部DRE及び凹部SRE)の下端は、第2窒化物半導体層NSL2を貫通していてもよい。本図に示す例では、凹部RECの下端は、第1窒化物半導体層NSL1の上面に達している。本図に示す例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。   FIG. 19 is a diagram illustrating a fifth modification of FIG. 2, and this modification corresponds to the modification of FIG. As shown in the drawing, the lower end of the recess REC (the recess DRE and the recess SRE) may penetrate the second nitride semiconductor layer NSL2. In the example shown in the drawing, the lower end of the recess REC reaches the upper surface of the first nitride semiconductor layer NSL1. Also in the example shown in this figure, the same effect as this embodiment is acquired.

図20は、図2の第6の変形例を示す図であり、本変形例は図18の変形例に相当する。本図に示すように、凹部RECの下端は、第1窒化物半導体層NSL1に入り込んでいてもよい。この場合に凹部RECの下端は、第1窒化物半導体層NSL1を貫通していない。本図に示す例においても、本実施形態と同様の効果が得られる。   FIG. 20 is a diagram showing a sixth modification of FIG. 2, and this modification corresponds to the modification of FIG. As shown in the drawing, the lower end of the recess REC may enter the first nitride semiconductor layer NSL1. In this case, the lower end of the recess REC does not penetrate the first nitride semiconductor layer NSL1. Also in the example shown in this figure, the same effect as this embodiment is acquired.

(第2の実施形態)
図21は、第2の実施形態に係る半導体装置SDの構成を示す平面図であり、第1の実施形態の図1と対応する。本実施形態に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 21 is a plan view showing the configuration of the semiconductor device SD according to the second embodiment, and corresponds to FIG. 1 of the first embodiment. The semiconductor device SD according to the present embodiment has the same configuration as the semiconductor device SD according to the first embodiment except for the following points.

本図に示すように、本実施形態においても、第1の実施形態(図1)と同様、平面視でドレイン電極DEと重なる領域に凹部DREが形成されている。同様に、平面視でソース電極SEと重なる領域に凹部SREが形成されている。   As shown in this figure, in this embodiment as well, as in the first embodiment (FIG. 1), a recess DRE is formed in a region overlapping the drain electrode DE in plan view. Similarly, a recess SRE is formed in a region overlapping the source electrode SE in plan view.

図22は、図21の破線αで囲まれた領域を拡大した図であり、第1の実施形態の図4に対応する。本図に示すように、凹部DREの側面RDS(凹部DREのうちドレインパッドDPに面する側面)は、第1方向(y方向)で見て、ドレインパッドDPの側面DSF(ドレイン電極DEが形成されている側面)に達している。   FIG. 22 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line α in FIG. 21 and corresponds to FIG. 4 of the first embodiment. As shown in this figure, the side surface RDS of the recess DRE (the side surface of the recess DRE facing the drain pad DP) is viewed in the first direction (y direction), and the side surface DSF of the drain pad DP (the drain electrode DE is formed). Has been reached).

図23は、図21の破線βで囲まれた領域を拡大した図であり、第1の実施形態の図5に対応する。本図に示すように、凹部SREの側面RSS(凹部SREのうちソースパッドSPに面する側面)は、第1方向(y方向)で見て、ソースパッドSPの側面SSF(ソース電極SEが形成されている側面)に達している。   FIG. 23 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line β in FIG. 21, and corresponds to FIG. 5 of the first embodiment. As shown in this figure, the side surface RSS (the side surface of the recess SRE facing the source pad SP) of the recess SRE is viewed in the first direction (y direction), and the side surface SSF (source electrode SE is formed) of the source pad SP. Has been reached).

本実施形態では、凹部REC(凹部DRE及び凹部SRE)が平面視でパッド(ドレインパッドDP及びソースパッドSP)に入り込んでいない。この場合であっても、ドレイン電極DEのうちドレインパッドDP側の端部に凹部DREが位置している。同様に、ソース電極SEのうちソースパッドSP側の端部に凹部SREが位置している。このため、本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   In the present embodiment, the recesses REC (the recesses DRE and the recesses SRE) do not enter the pads (the drain pad DP and the source pad SP) in plan view. Even in this case, the recess DRE is located at the end of the drain electrode DE on the drain pad DP side. Similarly, a recess SRE is located at the end of the source electrode SE on the source pad SP side. For this reason, also in this embodiment, the effect similar to 1st Embodiment is acquired.

(第3の実施形態)
図24は、第3の実施形態に係る半導体装置SDの構成を示す平面図であり、第1の実施形態の図1と対応する。本実施形態に係る半導体装置SDは、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る半導体装置SDと同様の構成である。
(Third embodiment)
FIG. 24 is a plan view showing the configuration of the semiconductor device SD according to the third embodiment, and corresponds to FIG. 1 of the first embodiment. The semiconductor device SD according to the present embodiment has the same configuration as the semiconductor device SD according to the first embodiment except for the following points.

本図に示すように、本実施形態においても、第1の実施形態(図1)と同様、ドレイン電極DE及びソース電極SEがこの順で第2方向(x方向)に繰り返し配置されている。そして本実施形態では、ソース電極SEの幅がドレイン電極DEの幅よりも広い。この場合、ソースパッドSPからソース電極SEにかけての電流集中を第1の実施形態に比して小さいものにすることができる。これにより、詳細を後述するように、ソース電極SEのうちソースパッドSP側の端部に凹部SREを位置させる必要がなくなる。   As shown in this figure, also in this embodiment, similarly to the first embodiment (FIG. 1), the drain electrode DE and the source electrode SE are repeatedly arranged in this order in the second direction (x direction). In the present embodiment, the width of the source electrode SE is wider than the width of the drain electrode DE. In this case, the current concentration from the source pad SP to the source electrode SE can be made smaller than that in the first embodiment. As a result, as will be described in detail later, it is not necessary to position the recess SRE at the end of the source electrode SE on the source pad SP side.

そして本図に示す例では、ソース電極SEは、このソース電極SEと隣り合うゲート電極GEの少なくとも一部と平面視で重なっている。詳細には、ソース電極SEと平面視で重なる領域には、凹部SREが位置している。そして第2方向(x方向)において凹部SREの両側には、ゲート電極GEが位置している。この場合にソース電極SEは、これらのゲート電極GEを幅方向(x方向)で内側に含んでいる。この場合、ソース電極SEは、ゲート電極GEを覆っている部分がフィールドプレートとして機能する。これにより、ゲート電極GEでの電界集中を緩和することができる。   In the example shown in the drawing, the source electrode SE overlaps at least a part of the gate electrode GE adjacent to the source electrode SE in plan view. Specifically, the recess SRE is located in a region overlapping the source electrode SE in plan view. The gate electrode GE is located on both sides of the recess SRE in the second direction (x direction). In this case, the source electrode SE includes these gate electrodes GE inside in the width direction (x direction). In this case, the portion of the source electrode SE that covers the gate electrode GE functions as a field plate. Thereby, the electric field concentration at the gate electrode GE can be relaxed.

なお、本図に示す例では、ゲート電極GEとドレイン電極DEの中心間距離がゲート電極GEとソース電極SEの中心間距離よりも大きい。これにより、各トランジスタTRでは、ゲートとドレインの間の距離がゲートとソースの間の距離よりも大きいものになる。これにより、ゲートとドレインの間の耐圧を大きいものにすることができる。   In the example shown in this figure, the distance between the centers of the gate electrode GE and the drain electrode DE is larger than the distance between the centers of the gate electrode GE and the source electrode SE. Thereby, in each transistor TR, the distance between the gate and the drain becomes larger than the distance between the gate and the source. As a result, the breakdown voltage between the gate and the drain can be increased.

図25は、図24の破線αで囲まれた領域を拡大した図であり、第1の実施形態の図4に対応する。本図に示すように、本実施形態においても、第1の実施形態(図4)と同様、凹部DREのうちドレインパッドDPに面する側面(側面RDS)は、第1方向(y方向)で見て、ドレインパッドDPに入り込んでいる。さらに上記したように、ゲート電極GEの少なくとも一部がソース電極SEと平面視で重なっている。なお本図に示す例においてゲート電極GEの先端は、ソース電極SEの先端に比して第1方向(y方向)でドレインパッドDP側に位置している。   FIG. 25 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line α in FIG. 24, and corresponds to FIG. 4 of the first embodiment. As shown in this figure, also in this embodiment, as in the first embodiment (FIG. 4), the side surface (side surface RDS) facing the drain pad DP in the recess DRE is in the first direction (y direction). As seen, it enters the drain pad DP. Furthermore, as described above, at least a part of the gate electrode GE overlaps the source electrode SE in plan view. In the example shown in this figure, the tip of the gate electrode GE is positioned on the drain pad DP side in the first direction (y direction) as compared to the tip of the source electrode SE.

図26は、図24の破線βで囲まれた領域を拡大した図であり、第1の実施形態の図5に対応する。本図に示す例では、凹部SREの側面RSSが、第1方向(y方向)で見てソースパッドSPの側面SSFに達しておらず、ソースパッドSPに入り込んでもいない。詳細には、平面視においてゲート配線GLがソースパッドSPに比してドレインパッドDP側に位置している。これにより、凹部SREが、ソースパッドSPの側面SSFに比してドレインパッドDP側に位置している。   FIG. 26 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line β in FIG. 24, and corresponds to FIG. 5 of the first embodiment. In the example shown in this drawing, the side surface RSS of the recess SRE does not reach the side surface SSF of the source pad SP when viewed in the first direction (y direction), and does not enter the source pad SP. Specifically, the gate wiring GL is located on the drain pad DP side as compared with the source pad SP in plan view. Accordingly, the recess SRE is located on the drain pad DP side as compared with the side surface SSF of the source pad SP.

本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。詳細には、図24に示したように、ソース電極SEの幅がドレイン電極DEの幅よりも広い。これにより、ソースパッドSPからソース電極SEにかけての電流集中を緩和することができる。このため、凹部SREの側面RSSを第1方向(y方向)でソース電極SEの内側に入り込ませていても(図26)、ソース電極SEのエレクトロマイグレーション耐性を高いものにすることができる。   Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. Specifically, as shown in FIG. 24, the width of the source electrode SE is wider than the width of the drain electrode DE. Thereby, current concentration from the source pad SP to the source electrode SE can be reduced. For this reason, even if the side surface RSS of the recess SRE enters the inside of the source electrode SE in the first direction (y direction) (FIG. 26), the electromigration resistance of the source electrode SE can be increased.

上記したように、本実施形態では、ソース電極SEのうちソースパッドSP側の端部に凹部SREを位置させる必要がなくなる(図24及び図26)。この場合、凹部SREが実際に形成された位置が設計に比して第1方向(y方向)でドレインパッドDP側にずれたとしても、ソース電極SEのエレクトロマイグレーション耐性を高いものにすることができる。   As described above, in this embodiment, it is not necessary to locate the recess SRE at the end of the source electrode SE on the source pad SP side (FIGS. 24 and 26). In this case, even if the position where the recess SRE is actually formed is shifted to the drain pad DP side in the first direction (y direction) as compared with the design, the electromigration resistance of the source electrode SE can be increased. it can.

詳細には、第1の実施形態(図1)のレイアウトでソース電極SEのエレクトロマイグレーション耐性を高いものにするためには、凹部SREを平面視でソースパッドSPに入り込ませる必要がある。この場合において凹部SREが実際に形成される位置が設計に比して第1方向(y方向)でドレインパッドDP側にずれると、ソース電極SEが所望のエレクトロマイグレーション耐性を得ることができなくなる可能性がある。これに対して本実施形態では、このような事態が生じることが防止される。   Specifically, in order to increase the electromigration resistance of the source electrode SE in the layout of the first embodiment (FIG. 1), the recess SRE needs to enter the source pad SP in plan view. In this case, if the position where the recess SRE is actually formed is shifted to the drain pad DP side in the first direction (y direction) as compared with the design, the source electrode SE may not be able to obtain the desired electromigration resistance. There is sex. On the other hand, in this embodiment, such a situation is prevented from occurring.

(変形例)
図27は、図1の変形例を示す図である。本図に示すように、複数の凹部DREがドレイン電極DEに沿って配置されていてもよい。同様に、複数の凹部SREがソース電極SEに沿って配置されていてもよい。言い換えると、凹部DREは、ドレイン電極DEに沿って延伸していなくてもよい。同様に、凹部SREは、ソース電極SEに沿って延伸していなくてもよい。なお、本図に示す例において、凹部REC(凹部DRE及び凹部SRE)の平面形状は矩形である。ただし、凹部RECの平面形状は本図に示す例に限定されるものではない。
(Modification)
FIG. 27 is a diagram showing a modification of FIG. As shown in the figure, a plurality of recesses DRE may be arranged along the drain electrode DE. Similarly, a plurality of recesses SRE may be arranged along the source electrode SE. In other words, the recess DRE may not extend along the drain electrode DE. Similarly, the recess SRE may not extend along the source electrode SE. In the example shown in the figure, the planar shape of the recess REC (the recess DRE and the recess SRE) is a rectangle. However, the planar shape of the recess REC is not limited to the example shown in this figure.

本図に示す例において、互いに隣り合うドレイン電極DE及びソース電極SEでは、凹部DRE及び凹部SREは、中心が第1方向(y方向)において互い違いに配置されている。ただし、凹部DRE及び凹部SREの平面レイアウトは本図に示す例に限定されるものではない。例えば、互いに隣り合うドレイン電極DE及びソース電極SEでは、凹部DRE及び凹部SREは、同一の平面形状を有し、かつ第1方向(y方向)において中心が揃っていてもよい。   In the example shown in this figure, in the drain electrode DE and the source electrode SE adjacent to each other, the centers of the recesses DRE and the recesses SRE are alternately arranged in the first direction (y direction). However, the planar layout of the recess DRE and the recess SRE is not limited to the example shown in this figure. For example, in the drain electrode DE and the source electrode SE that are adjacent to each other, the recess DRE and the recess SRE may have the same planar shape, and the centers may be aligned in the first direction (y direction).

図28は、図27の破線αで囲まれた領域を拡大した図であり、第1の実施形態の図4に対応する。本図に示す例では、ドレインパッドDP側の1つの凹部DREがドレインパッドDPに平面視で入り込んでいる。詳細には、この凹部DREは、ドレインパッドDPに面する側面(側面RDS)を有している。そして側面RDSは、第1方向(y方向)でドレインパッドDPに入り込んでいる。ただし、側面RDSは、ドレインパッドDPに入り込んでいなくてもよい。例えば、側面RDSは、第1方向(y方向)でドレインパッドDPの側面DSFに達しているだけであってもよい。   FIG. 28 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line α in FIG. 27, and corresponds to FIG. 4 of the first embodiment. In the example shown in this figure, one recess DRE on the drain pad DP side enters the drain pad DP in plan view. Specifically, the recess DRE has a side surface (side surface RDS) facing the drain pad DP. The side surface RDS enters the drain pad DP in the first direction (y direction). However, the side surface RDS may not enter the drain pad DP. For example, the side surface RDS may only reach the side surface DSF of the drain pad DP in the first direction (y direction).

図29は、図27の破線βで囲まれた領域を拡大した図であり、第1の実施形態の図5に対応する。本図に示す例では、ソースパッドSP側の1つの凹部SREがソースパッドSPに平面視で入り込んでいる。詳細には、この凹部SREは、ソースパッドSPに面する側面(側面RSS)を有している。そして側面RSSは、第1方向(y方向)でソースパッドSPに入り込んでいる。ただし、側面RSSは、ソースパッドSPに入り込んでいなくてもよい。例えば、側面RSSは、第1方向(y方向)でソースパッドSPの側面SSFに達しているだけであってもよい。   FIG. 29 is an enlarged view of a region surrounded by a broken line β in FIG. 27, and corresponds to FIG. 5 of the first embodiment. In the example shown in this figure, one recess SRE on the source pad SP side enters the source pad SP in plan view. Specifically, the recess SRE has a side surface (side surface RSS) facing the source pad SP. The side surface RSS enters the source pad SP in the first direction (y direction). However, the side surface RSS may not enter the source pad SP. For example, the side surface RSS may only reach the side surface SSF of the source pad SP in the first direction (y direction).

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

BM バリアメタル膜
BM1 金属膜
BUF バッファ層
CL キャップ層
DBM バリアメタル膜
DE ドレイン電極
DP ドレインパッド
DRE 凹部
DSF 側面
GE ゲート電極
GE1 導電膜
GI ゲート絶縁膜
GI1 絶縁膜
GL ゲート配線
GP ゲートパッド
GRE 凹部
ILD 層間絶縁膜
MF 金属膜
NSL 窒化物半導体層
NSL1 第1窒化物半導体層
NSL2 第2窒化物半導体層
PIL 保護絶縁層
RDS 側面
REC 凹部
RSS 側面
SBM バリアメタル膜
SD 半導体装置
SE ソース電極
SMS 半導体基板
SP ソースパッド
SRE 凹部
SSF 側面
TR トランジスタ
BM Barrier metal film BM1 Metal film BUF Buffer layer CL Cap layer DBM Barrier metal film DE Drain electrode DP Drain pad DRE Recess DSF Side surface GE Gate electrode GE1 Conductive film GI Gate insulating film GI1 Insulating film GL Gate wiring GP Gate pad GRE Recess ILD Interlayer Insulating film MF Metal film NSL Nitride semiconductor layer NSL1 First nitride semiconductor layer NSL2 Second nitride semiconductor layer PIL Protective insulating layer RDS Side surface REC Recessed portion RSS Side surface SBM Barrier metal film SD Semiconductor device SE Source electrode SMS Semiconductor substrate SP Source pad SRE Recessed SSF Side TR Transistor

Claims (12)

以下を含む半導体装置:
窒化物半導体層;
前記窒化物半導体層上に位置し、平面視において第1方向に沿って延伸するゲート電極;
前記ゲート電極及び前記窒化物半導体層上に位置する層間絶縁膜;
前記層間絶縁膜上に位置し、平面視において前記第1方向に直交する第2方向に沿って延伸するソースパッド;
前記層間絶縁膜上に位置し、平面視において前記第2方向に沿って延伸するドレインパッド、前記ドレインパッドは、前記ソースパッドから離間している;
平面視において前記第1方向に沿って延伸し、前記ソースパッドに接続されたソース電極;及び
平面視において前記第1方向に沿って延伸し、前記ドレインパッドに接続されたドレイン電極、
ここで、前記層間絶縁膜は、平面視において前記第1方向に沿って延伸する第1凹部を有している、
ここで、前記第1凹部は、平面視において前記ソース電極及び前記ソースパッド内で延伸している、
ここで、前記ソース電極と、前記ソースパッドの一部とは、前記第1凹部を通じて前記窒化物半導体層に接続されている、
ここで、前記ソース電極と、前記ソースパッドとは、第1バリアメタル膜を介して前記層間絶縁膜上に形成されている。
Semiconductor devices including:
A nitride semiconductor layer;
A gate electrode located on the nitride semiconductor layer and extending along the first direction in plan view;
An interlayer insulating film located on the gate electrode and the nitride semiconductor layer;
A source pad located on the interlayer insulating film and extending along a second direction orthogonal to the first direction in plan view;
A drain pad located on the interlayer insulating film and extending along the second direction in plan view, the drain pad being spaced apart from the source pad;
A source electrode extending along the first direction in plan view and connected to the source pad; and a drain electrode extending along the first direction in plan view and connected to the drain pad;
Here, the interlayer insulating film has a first recess extending along the first direction in plan view.
Here, the first recess extends in the source electrode and the source pad in a plan view.
Here, the source electrode and a part of the source pad are connected to the nitride semiconductor layer through the first recess.
Here, the source electrode and the source pad are formed on the interlayer insulating film via a first barrier metal film.
請求項1に記載の半導体装置、
ここで、前記層間絶縁膜は、平面視において前記第1方向に沿って延伸する第2凹部を有している、
ここで、前記第2凹部は、平面視において前記ドレイン電極及び前記ドレインパッド内で延伸している、
ここで、前記ドレイン電極と、前記ドレインパッドの一部とは、前記第2凹部を通じて前記窒化物半導体層に接続されている。
The semiconductor device according to claim 1,
Here, the interlayer insulating film has a second recess extending along the first direction in plan view.
Here, the second recess extends in the drain electrode and the drain pad in a plan view.
Here, the drain electrode and a part of the drain pad are connected to the nitride semiconductor layer through the second recess.
請求項1に記載の半導体装置、
ここで、前記ドレイン電極と、前記ドレインパッドとは、第2バリアメタル膜を介して前記層間絶縁膜上に形成されている。
The semiconductor device according to claim 1,
Here, the drain electrode and the drain pad are formed on the interlayer insulating film via a second barrier metal film.
請求項1に記載の半導体装置、
ここで、前記第1バリアメタル膜は、チタン膜を含んでいる。
The semiconductor device according to claim 1,
Here, the first barrier metal film includes a titanium film.
請求項3に記載の半導体装置、
ここで、前記第2バリアメタル膜は、チタン膜を含んでいる。
The semiconductor device according to claim 3,
Here, the second barrier metal film includes a titanium film.
請求項1に記載の半導体装置、
ここで、前記第1凹部は、平面視において前記ソース電極及び前記ソースパッドと重なる領域内に位置している。
The semiconductor device according to claim 1,
Here, the first recess is located in a region overlapping the source electrode and the source pad in plan view.
請求項2に記載の半導体装置、
ここで、前記第2凹部は、平面視において前記ドレイン電極及び前記ドレインパッドと重なる領域内に位置している。
The semiconductor device according to claim 2,
Here, the second recess is located in a region overlapping the drain electrode and the drain pad in plan view.
請求項1に記載の半導体装置、
ここで、前記ソース電極は、前記ソースパッドと一体となっている。
The semiconductor device according to claim 1,
Here, the source electrode is integrated with the source pad.
請求項1に記載の半導体装置、
ここで、前記ドレイン電極は、前記ドレインパッドと一体となっている。
The semiconductor device according to claim 1,
Here, the drain electrode is integrated with the drain pad.
請求項1に記載の半導体装置、
ここで、前記ゲート電極は、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に配置されている。
The semiconductor device according to claim 1,
Here, the gate electrode is disposed between the source electrode and the drain electrode.
請求項1に記載の半導体装置、
ここで、前記第1凹部は、前記層間絶縁膜内に形成されており、前記第1凹部の底は、前記窒化物半導体層に達している、
ここで、前記ソース電極及び前記ソースパッドの少なくとも一部分は、前記第1凹部内に埋め込まれている。
The semiconductor device according to claim 1,
Here, the first recess is formed in the interlayer insulating film, and the bottom of the first recess reaches the nitride semiconductor layer.
Here, at least a part of the source electrode and the source pad is embedded in the first recess.
請求項2に記載の半導体装置、
ここで、前記第2凹部は、前記層間絶縁膜内に形成されており、前記第2凹部の底は、前記窒化物半導体層に達している、
ここで、前記ドレイン電極及び前記ドレインパッドの少なくとも一部分は、前記第2凹部内に埋め込まれている。
The semiconductor device according to claim 2,
Here, the second recess is formed in the interlayer insulating film, and the bottom of the second recess reaches the nitride semiconductor layer.
Here, at least a part of the drain electrode and the drain pad is embedded in the second recess.
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