JP3093487B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP3093487B2 JP04289878A JP28987892A JP3093487B2 JP 3093487 B2 JP3093487 B2 JP 3093487B2 JP 04289878 A JP04289878 A JP 04289878A JP 28987892 A JP28987892 A JP 28987892A JP 3093487 B2 JP3093487 B2 JP 3093487B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波帯または高速で
動作する電界効果トランジスタなどの高周波半導体素
子、集積回路などの半導体装置およびその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高周波帯や、高速で動作するトラ
ンジスタや集積回路の需要が高まり、活発な研究開発が
なされている。
【０００３】以下、従来の高周波半導体素子について、
電界効果トランジスタを例に、図面を参照しながら説明
する。図４は従来の電界効果トランジスタの構成を断面
図で示す。図において、２２は半絶縁性のガリウムヒ素
（以下、ＧａＡｓと記す）基板、２３はシリコン（以
下、Ｓｉと記す）をドープしたｎ形ＧａＡｓ層、２４は
前記ｎ形ＧａＡｓ層２３の一部分をエッチングにより取
り除いた凹部に形成したゲート電極、２５はソース電
極、２６はドレイン電極である。２７は二酸化シリコン
（以下、ＳｉＯ2と記す）、リン添加ガラス（以下、Ｐ
ＳＧと記す）、窒化シリコン（以下、Ｓｉ3Ｎ4と記す）
などで形成した保護膜（以下、パッシベーション膜と称
す）である。
【０００４】上記構成において、ゲート電極２４に印加
する電圧を変化させることによりゲート電極２４の直下
の空乏層の厚みを変化させ、ドレイン電極２６とソース
電極２５との間を流れる電流を制御する。高周波特性を
良好にするには、入力信号を入力電極であるゲート電極
２４で変化させずに真のトランジスタ領域に伝達するこ
とが必要であり、そのためには入力容量であるゲート・
ソース間容量を小さくすることが重要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の高周
波半導体素子では、トランジスタの耐湿性強化や表面保
護などに必要なパッシベーション膜により、高周波信号
が入力するゲート電極が、空気よりも誘電率が大きいパ
ッシベーション材料で覆われるため、ゲート・ソース間
容量が増加し、高周波性が悪くなる。とくに、このよう
な高周波半導体素子や集積回路をプラスチックパッケー
ジ中に組み立てた場合には、プラスチックの誘電率が高
いために、さらに高周波特性が大幅に劣化する欠点があ
った。なお、高周波特性の劣化は、単にゲート電極だけ
で発生するものでなく、他のインピーダンスの高い電極
の容量においても発生する。
【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、パッ
シベーションによる容量の増加を低減することにより、
高周波特性を大幅に改善できる高周波半導体素子、集積
回路などの半導体装置を提供するとともに、その製造方
法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、半導体基板上の半導体活性層上に設けられ
たゲート電極と、同ゲート電極の一部または全部の上方
に突出して設けられた前記半導体活性層上のドレイン電
極と、前記ゲート電極の一部上方に突出または突出しな
いで設けられた前記半導体活性層上のソース電極と、前
記ドレイン電極および前記ソース電極と、前記ゲート電
極との間に中空領域が形成されるように、前記ドレイン
電極および前記ソース電極上より前記ゲート電極を覆う
ように設けられた保護膜とからなるものである。また、
本発明の半導体装置は、半導体基板上の半導体活性層上
に設けられたゲート電極と、同ゲート電極の最上面より
高い最上面を有する前記半導体活性層上に設けられたド
レイン電極およびソース電極と、前記ドレイン電極およ
び前記ソース電極と、前記ゲート電極との間に中空領域
が形成されるように、前記ドレイン電極上および前記ソ
ース電極上より前記ゲート電極を覆うように設けられた
保護膜とからなるものである。また、本発明の半導体装
置は、半導体基板上の半導体活性層上に設けられたゲー
ト電極、ドレイン電極およびソース電極と、前記ゲート
電極と前記ドレイン電極の間または前記ゲート電極と前
記ソース電極の間に中空領域が形成されるように、前記
ドレイン電極および前記ソース電極上より前記ゲート電
極を覆うように設けられたフィルム状の保護膜とからな
るものである。また、本発明の半導体装置の製造方法
は、最表面に保護膜を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、あらかじめフィルム状に形成した膜を表面が平
坦でない前記半導体装置に密着転写することにより前記
保護膜を形成し、前記保護膜と高周波成分を含んだ信号
が入出力する金属電極との間に中空領域を設けたもので
ある。また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板上の半導体活性層上にゲート電極を形成し、前記ゲ
ート電極の最上面をソース電極およびドレイン電極の上
面よりも低いように設定して半導体装置を形成し、あら
かじめフィルム状に形成した膜を表面が平坦でない前記
半導体装置に密着転写することにより、前記ソース電極
および前記ドレイン電極の上面に前記ゲート電極を覆う
ように保護膜を形成し、前記ゲート電極を囲む中空領域
を設けたものである。また、本発明の半導体装置の製造
方法は、最表面に保護膜を形成する半導体装置の製造方
法において、表面張力を有する有機樹脂材料を表面が平
坦でない前記半導体装置に滴下することにより、前記有
機樹脂材料を固化させて保護膜を形成し、前記保護膜と
高周波成分を含んだ信号が入出力する金属電極との間に
中空領域を設けたものである。また、半導体基板上の半
導体活性層上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極の
最上面をソース電極およびドレイン電極の上面よりも低
いように設定して半導体装置を形成し、表面張力を有す
る有機樹脂材料を表面が平坦でない前記半導体装置の表
面上に滴下することにより、前記有機樹脂材料を固化さ
せて前記ソース電極および前記ドレイン電極の上面に前
記ゲート電極を覆うように保護膜を形成し、前記ゲート
電極を囲む中空領域を設けたものである。
【０００８】
【作用】本発明は上記構成において、高周波信号が入出
力する金属電極の全面に密着しないパッシベーション膜
は入出力容量の増加を小さいものとする。
【０００９】
【実施例】（実施例１）以下、本発明の第１の実施例の
高周波半導体素子について、高周波電界効果トランジス
タを例に、図面を参照しながら説明する。図１は本実施
例の電界効果トランジスタの構成を断面図で示す。図に
おいて、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はＳｉをドープ
したｎ形ＧａＡｓ層、３はｎ形ＧａＡｓ層２の一部分を
エッチングにより取り除いた凹部に形成したゲート電
極、４はソース電極、５はドレイン電極、６はパッシベ
ーション膜、７はゲート電極３を囲んで形成された中空
領域である。図に示したように、ソース電極４およびド
レイン電極５の一部をゲート電極３の上方に突出して形
成し、その上にパッシベーション膜６を設けている。し
たがって、ゲート電極３とパッシベーション膜６とが接
触しない構成としている。このようなパッシベーション
膜６は、たとえば、粘度が１０００ｃｐ程度のポリイミ
ド樹脂を滴下することにより、ゲート電極３の周辺への
膜の侵入を防ぎながら作成できる。上記構成において、
本発明の電界効果トランジスタが従来例と異なる点は、
従来の電界効果トランジスタではゲート電極とソース電
極の間がパッシベーション膜で埋められているのに対
し、本実施例の電界効果トランジスタではゲート電極と
ソース電極との間において誘電率の高いパッシベーショ
ン膜６がゲート電極３に密着していない。したがって、
入力容量が従来構造のものと比較して、たとえば、１／
３に低減でき、高周波特性としては、１２ＧＨｚにおけ
る利得を４ｄＢ改善できた。
【００１０】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
の高周波半導体素子について、電界効果トランジスタを
例に、図面を参照しながら説明する。図２は本実施例の
電界効果トランジスタの構成を断面図で示す。図２にお
いて、８は半絶縁性ＧａＡｓ基板、９は、ｎ形ＧａＡｓ
層、１０はゲート電極、１１はソース電極、１２はドレ
イン電極、１３はパッシベーション膜、１４はゲート電
極１０を囲んで形成された中空領域である。図に示した
ように、本実施例の電界効果トランジスタは、ソース電
極１１、ドレイン電極１２の位置をゲート電極１０より
も上方に備え、フィルム状にあらかじめ形成されたパッ
シベーション膜１３をソース電極１１およびドレイン電
極１２の表面に密着させた構造とし、ゲート電極１０の
周辺に中空領域１４を形成している。このパッシベーシ
ョン膜１３は、たとえば、５０ミクロン程度の厚みを有
するポリイミド樹脂を用いて構成できる。なお、図２で
はパッシベーション膜１３はゲート電極１０の上部にだ
け密着した状態を示しているが、ゲート電極１０の上部
に密着しない構成としてもよい。
【００１１】上記構成において、本実施例の電界効果ト
ランジスタが従来の電界効果トランジスタと異なる点
は、平坦なソース電極１１およびドレイン電極１２の位
置をゲート電極１０よりも高く設定し、その上に設けた
パッシベーション膜１３がゲート電極１０の上部を覆う
状態としたことであり、パッシベーション膜１３がゲー
ト電極１０に接触したとしても、せいぜいその上部だけ
となるようにしたことである。したがって、ゲート電極
１０の周辺には中空領域１４が形成される。したがっ
て、入力容量が従来の電界効果トランジスタと比較し
て、たとえば、１／２に低減でき、プラスチックパッケ
ージに樹脂封止した場合においては、１２ＧＨｚにおけ
る利得を従来構成のものより３ｄＢ改善することができ
た。
【００１２】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
の高周波半導体素子について、電界効果トランジスタを
例に、図面を参照しながら説明する。図３は本実施例の
電界効果トランジスタの構成を断面図で示す。図におい
て、１５は半絶縁性ＧａＡｓ基板、１６はｎ形ＧａＡｓ
層、１７はゲート電極、１８はソース電極、１９はドレ
イン電極、２０はＣＶＤ法により形成したＳｉ3Ｎ4パッ
シベーション膜、２１はゲート電極１７を囲んで形成さ
れた中空領域である。図に示したように、本実施例の電
界効果トランジスタにおいては、ドレイン電極１９の一
部をゲート電極１７を覆いながらソース電極１８側に突
出して設け、その上面を覆ってパッシベーション膜２０
を設けている。したがって、ゲート電極１７とパッシベ
ーション膜２０とが接触しない構成としている。
【００１３】本実施例の電界効果トランジスタは、実施
例１と同様に、ゲート電極１７がソース電極１８と空間
的に分離されている。したがって、入力容量が従来の電
界効果トランジスタのものと比較して、例えば、１／３
に低減でき、高周波特性としては、１２ＧＨｚにおける
利得を４ｄＢ改善できた。
【００１４】以上のように本発明の実施例によれば、ゲ
ート電極と保護膜との間に中空領域を形成し、金属電極
であるゲート電極の全面が保護膜に接触しないようにし
たことにより、ゲート電極とソース電極間の入力容量の
増加が少なく、高周波特性を大いに改善できた。
【００１５】なお、実施例１ないし実施例３は電界効果
トランジスタについて説明したが、信号が入出力する高
インピーダンスの電極を保護膜により覆われる他の素子
についても同様に構成することができ、その効果は同じ
である。また、この高周波半導体素子を構成要素とする
半導体集積回路においても、高周波特性を改善できるこ
とは言うまでもない。
【００１６】また、金属電極をゲート電極に限って説明
したが、高周波信号が入出力するインピーダンスの高い
電極であればゲート電極に限らないことは言うまでもな
い。
【００１７】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明は、最表面に保護膜が形成される半導体装置におい
て、前記保護膜と高周波成分を含んだ信号が入出力する
金属電極との間に中空領域を設けた半導体装置とするこ
とにより、金属電極における入出力容量を低くでき、優
れた高周波特性、高速性と、耐環境特性とを備えた半導
体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の電界効果トランジスタ
の構成を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施例の電界効果トランジスタ
の構成を示す断面図
【図３】本発明の第３の実施例の電界効果トランジスタ
の構成を示す断面図
【図４】従来の電界効果トランジスタの構成を示す断面
図
【符号の説明】
３ ゲート電極（金属電極） ６ パッシベーション膜（保護膜） ７ 中空領域
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/338 H01L 29/812

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上の半導体活性層上に設けら
    れたゲート電極と、同ゲート電極の一部または全部の上
    方に突出して設けられた前記半導体活性層上のドレイン
    電極と、前記ゲート電極の一部上方に突出または突出し
    ないで設けられた前記半導体活性層上のソース電極と、
    前記ドレイン電極および前記ソース電極と、前記ゲート
    電極との間に中空領域が形成されるように、前記ドレイ
    ン電極および前記ソース電極上より前記ゲート電極を覆
    うように設けられた保護膜とからなる半導体装置。
  2. 【請求項２】 半導体基板上の半導体活性層上に設けら
    れたゲート電極と、同ゲート電極の最上面より高い最上
    面を有する前記半導体活性層上に設けられたドレイン電
    極およびソース電極と、前記ドレイン電極および前記ソ
    ース電極と、前記ゲート電極との間に中空領域が形成さ
    れるように、前記ドレイン電極上および前記ソース電極
    上より前記ゲート電極を覆うように設けられた保護膜と
    からなる半導体装置。
  3. 【請求項３】 半導体基板上の半導体活性層上に設けら
    れたゲート電極、ドレイン電極およびソース電極と、前
    記ゲート電極と前記ドレイン電極の間または前記ゲート
    電極と前記ソース電極の間に中空領域が形成されるよう
    に、前記ドレイン電極および前記ソース電極上より前記
    ゲート電極を覆うように設けられたフィルム状の保護膜
    とからなる半導体装置。
  4. 【請求項４】 最表面に保護膜を形成する半導体装置の
    製造方法において、あらかじめフィルム状に形成した膜
    を表面が平坦でない前記半導体装置に密着転写すること
    により前記保護膜を形成し、前記保護膜と高周波成分を
    含んだ信号が入出力する金属電極との間に中空領域を設
    けた半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 半導体基板上の半導体活性層上にゲート
    電極を形成し、前記ゲート電極の最上面をソース電極お
    よびドレイン電極の上面よりも低いように設定して半導
    体装置を形成し、あらかじめフィルム状に形成した膜を
    表面が平坦でない前記半導体装置に密着転写することに
    より、前記ソース電極および前記ドレイン電極の上面に
    前記ゲート電極を覆うように保護膜を形成し、前記ゲー
    ト電極を囲む中空領域を設けた半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 最表面に保護膜を形成する半導体装置の
    製造方法において、表面張力を有する有機樹脂材料を表
    面が平坦でない前記半導体装置に滴下することにより、
    前記有機樹脂材料を固化させて保護膜を形成し、前記保
    護膜と高周波成分を含んだ信号が入出力する金属電極と
    の間に中空領域を設けた半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 半導体基板上の半導体活性層上にゲート
    電極を形成し、前記ゲート電極の最上面をソース電極お
    よびドレイン電極の上面よりも低いように設定して半導
    体装置を形成し、表面張力を有する有機樹脂材料を表面
    が平坦でない前記半導体装置の表面上に滴下することに
    より、前記有機樹脂材料を固化させて前記ソース電極お
    よび前記ドレイン電極の上面に前記ゲート電極を覆うよ
    うに保護膜を形成し、前記ゲート電極を囲む中空領域を
    設けた半導体装置の製造方法。
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EP93117419A EP0595298B1 (en) 1992-10-28 1993-10-27 A semiconductor device having a hollow around a gate electrode and a method for producing the same
DE69316314T DE69316314T2 (de) 1992-10-28 1993-10-27 Halbleiteranordnung mit einem Hohlraum um eine Gate-Elektrode herum und Verfahren zur Herstellung
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