JP6705219B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体層の面内方向に大電流が流される半導体装置の構造に関する。 The present invention relates to the structure of a semiconductor device in which a large current flows in the in-plane direction of a semiconductor layer.
大電流のスイッチング動作を行う半導体装置として、例えば、III属窒化物半導体(GaN等)を用いたHEMT(High Electron Mobility Transistor)が知られている。HEMTにおいては、オフ時における高い耐圧が要求されるため、オフ時において半導体層内で局所的に電界強度が高まる箇所が形成されることがないような構造が採用される。 As a semiconductor device that performs a high-current switching operation, for example, a HEMT (High Electron Mobility Transistor) using a group III nitride semiconductor (GaN or the like) is known. Since a high breakdown voltage is required in the HEMT when it is turned off, a structure that does not form a portion where the electric field strength locally increases in the semiconductor layer when it is turned off is adopted.
こうした構造の一例として、例えば特許文献1には、フィールドプレートを設けた構造が記載されている。図6は、この半導体装置200の断面図であり、半導体層11の一方の主面となる表面上に形成されたソース電極(第1主電極)21、ドレイン電極(第2主電極)22が並んだ方向(電流が流れる方向)に沿いかつ半導体層11の表面と垂直な断面が示されている。ここでは、基板10、ノンドープGaN層(チャネル層)11A、AlGaN層(バリア層)11Bが順次形成された半導体層11が用いられ、ノンドープGaN層11AとAlGaN層11Bのヘテロ接合界面に形成される2次元電子ガス層によるソース電極21、ドレイン電極22間に流れる電流のオン・オフがゲート電極(制御電極)123の電位で制御される。この際、通常はソース電極21は接地電位とされ、ドレイン電極22に高電圧が印加される。ゲート電極123の電位は制御に応じ変化するが、ドレイン電極22の電位と比べるとその絶対値は小さく、ほぼ接地電位とみなせる範囲である。これらの構成は通常知られるHEMTと同様である。ソース電極21、ドレイン電極22は共にAlGaN層11Bとオーミック接触する材料で構成され、ゲート電極123は、その直下のヘテロ接合界面の2次元電子ガス層のオン・オフを制御することのできる材料で構成される。
As an example of such a structure,
また、SiO2等で構成された層間絶縁層112が、半導体層11の表面及びソース電極21、ドレイン電極22、ゲート電極123を覆うように形成され、ソース電極21にはソース配線31が、ドレイン電極22にはドレイン配線32が接続され、ソース配線31、ドレイン配線32は層間絶縁層112上に取り出される。ソース配線31、ドレイン配線32は、共に配線材料として好ましく用いられる低抵抗の材料(Al等)で、ソース電極21、ドレイン電極22とは別に構成される。一方、ゲート電極123は、図示されるように断面がT形状となしており、下側において幅が狭くAlGaN層11Bと直接接する部分(ゲート電極下部123A)と、その上側において、ソース電極21、ドレイン電極22側にそれぞれ突出し層間絶縁層11を介して半導体層11の表面と対向する部分(ゲート電極上部123B)を具備する。ここで、電流のオン・オフに直接関与するのは下側のゲート電極下部123Aである。
An
一方、ゲート電極上部123Bは、層間絶縁層112を介してAlGaN層11Bと対向しているため、半導体層11の表面電位を制御するフィールドプレートとして機能する。前記の通り、ゲート電極123の電位はソース電極21の電位(接地電位)とほぼ等しいため、半導体層11からみて、この部分はほぼ接地電位とされたフィールドプレートとして機能する。このようなフィールドプレート構造を用いたMOS効果によって、半導体層11の電位分布は制御され、オフ時において電界強度が局所的に高まる箇所(電位が急峻に変動する箇所)が半導体層11に形成されることが抑制される。
On the other hand, since the
こうしたフィールドプレート構造をゲート電極123、ソース電極21とは別に、ソース配線31、ドレイン配線32と同様の配線材料で形成することも可能であるが、図6の構造においては、こうしたフィールドプレート構造を、ゲート電極123を形成する際に同時に形成することができる。この際、フィールドプレートとなるゲート電極上部123Bを半導体層11(AlGaN層11B)に近接させて形成することができるため、特にフィールドプレートとしての効果が大きくなる。
Although it is possible to form such a field plate structure separately from the
上記のHEMTが実際に使用される際には、パッケージ中において樹脂材料で封止されて実装された形態とされる。このように実装を行う際には、各種の加熱工程が必要となるため、上記の構造に対して熱サイクルが印加された。こうした場合において、層間絶縁層112を構成する材料とゲート電極123を構成する材料との間、あるいはこれらの材料と封止に用いられる樹脂材料との熱膨張係数の差により、水平方向に広がったゲート電極上部123Aと層間絶縁層112との間での剥離や、層間絶縁層112におけるクラック等が発生しやすかった。このため、フィールドプレート構造が用いられた半導体装置の信頼性は低下した。
When the HEMT is actually used, it is in a form of being sealed with a resin material and mounted in the package. Since various heating steps are required for mounting in this way, a thermal cycle was applied to the above structure. In such a case, it spreads in the horizontal direction between the material forming the interlayer
すなわち、フィールドプレート構造が用いられた信頼性の高い半導体装置を得ることは困難であった。 That is, it is difficult to obtain a highly reliable semiconductor device using the field plate structure.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、ソース電極となる第1主電極、ドレイン電極となる第2主電極、及び前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に流れる電流のオン・オフを制御するゲート電極となる制御電極を具備する電界効果トランジスタであり、半導体層の一方の主面となる表面の側において共に設けられた前記第1主電極と前記第2主電極との間の前記表面上において層間絶縁層を介して前記表面と対向するように設けられた電極であるフィールドプレートを具備する半導体装置であって、前記フィールドプレートは、前記制御電極と一体化して設けられ、前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分において、局所的に前記表面の側に突出して前記層間絶縁層に被覆された突起部が形成され、前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分は、前記制御電極が最も前記表面と近接する部分からみた前記第1主電極側、前記第2主電極側、にそれぞれ設けられ、前記突起部は、前記第1主電極側、前記第2主電極側における前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に、それぞれ設けられ、前記電流の流れる方向に沿い前記表面に垂直な断面視において、前記第1主電極側又は前記第2主電極側の前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に複数の前記突起部が設けられたことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記電流の流れる方向に沿い前記表面に垂直な断面視において、前記第1主電極側、前記第2主電極側の前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の数が異なることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記電流の流れる方向に沿い前記表面に垂直な断面視において、前記第2主電極側で前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の数は、前記第1主電極側で前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の数よりも多くされたことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、ソース電極となる第1主電極、ドレイン電極となる第2主電極、及び前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に流れる電流のオン・オフを制御するゲート電極となる制御電極を具備する電界効果トランジスタであり、半導体層の一方の主面となる表面の側において共に設けられた前記第1主電極と前記第2主電極との間の前記表面上において層間絶縁層を介して前記表面と対向するように設けられた電極であるフィールドプレートを具備する半導体装置であって、前記フィールドプレートは、前記制御電極と一体化して設けられ、前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分において、局所的に前記表面の側に突出して前記層間絶縁層に被覆された突起部が形成され、前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分は、前記制御電極が最も前記表面と近接する部分からみた前記第1主電極側、前記第2主電極側、にそれぞれ設けられ、前記突起部は、前記第1主電極側、前記第2主電極側における前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に、それぞれ設けられ、 前記電流の流れる方向に沿い前記表面に垂直な断面視において、前記第1主電極側、前記第2主電極側の前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の幅が異なることを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記突起部の幅は前記第2主電極側で太くされたことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、ソース電極となる第1主電極、ドレイン電極となる第2主電極、及び前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に流れる電流のオン・オフを制御するゲート電極となる制御電極を具備する電界効果トランジスタであり、半導体層の一方の主面となる表面の側において共に設けられた前記第1主電極と前記第2主電極との間の前記表面上において層間絶縁層を介して前記表面と対向するように設けられた電極であるフィールドプレートを具備する半導体装置であって、前記フィールドプレートは、前記制御電極と一体化して設けられ、前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分において、局所的に前記表面の側に突出して前記層間絶縁層に被覆された突起部が形成され、前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分は、前記制御電極が最も前記表面と近接する部分からみた前記第1主電極側、前記第2主電極側、にそれぞれ設けられ、前記突起部は、前記第1主電極側、前記第2主電極側における前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に、それぞれ設けられ、前記電流の流れる方向に沿い前記表面に垂直な断面視において、前記第1主電極側、前記第2主電極側の前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の高さが異なることを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記突起部の高さは前記第2主電極側で大きくされたことを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記半導体層はIII属窒化物半導体のヘテロ接合を具備し、前記電流は前記へテロ接合界面を流れることを特徴とする。
The present invention has the following configurations in order to solve the above problems.
The semiconductor device of the present invention includes a first main electrode serving as a source electrode, a second main electrode serving as a drain electrode, and a control serving as a gate electrode for controlling on/off of a current flowing between the source electrode and the drain electrode. a field effect transistor having an electrode, an interlayer insulating layer in said upper surface between the both provided with the first main electrode and the second main electrode on the side of the surface to be one main surface of the semiconductor layer A semiconductor device comprising a field plate, which is an electrode provided so as to face the surface through the field plate, the field plate being provided integrally with the control electrode and facing the surface of the field plate. in part, the protrusion coated on the interlayer insulating layer is formed to project to the side of the locally said surface, said surface facing the portion of the field plate, the control electrode is close to the most said surface portion The protrusions are provided on the first main electrode side and the second main electrode side, respectively, and the protrusions are portions facing the surface of the field plate on the first main electrode side and the second main electrode side. In a cross-sectional view perpendicular to the surface along the direction in which the current flows, a plurality of portions are provided in a portion of the field plate on the side of the first main electrode or the side of the second main electrode that faces the surface. It is characterized in that a protrusion is provided.
The semiconductor device of the present invention is provided in a portion facing the surface of the field plate on the side of the first main electrode and the side of the second main electrode in a sectional view perpendicular to the surface along the direction in which the current flows. The number of the protrusions is different.
In the semiconductor device of the present invention, in a cross-sectional view perpendicular to the surface along the direction of the current flow, the number of the protrusions provided on a portion of the field plate facing the surface on the second main electrode side is It is characterized in that the number of projections provided on a portion of the field plate facing the surface on the side of the first main electrode is larger than that of the projections.
The semiconductor device of the present invention includes a first main electrode serving as a source electrode, a second main electrode serving as a drain electrode, and a control serving as a gate electrode for controlling on/off of a current flowing between the source electrode and the drain electrode. a field effect transistor having an electrode, an interlayer insulating layer in said upper surface between the both provided with the first main electrode and the second main electrode on the side of the surface to be one main surface of the semiconductor layer A semiconductor device comprising a field plate, which is an electrode provided so as to face the surface through the field plate, the field plate being provided integrally with the control electrode and facing the surface of the field plate. in part, the protrusion coated on the interlayer insulating layer is formed to project to the side of the locally said surface, said surface facing the portion of the field plate, the control electrode is close to the most said surface portion The protrusions are provided on the first main electrode side and the second main electrode side, respectively, and the protrusions are portions facing the surface of the field plate on the first main electrode side and the second main electrode side. Are provided on the first main electrode side and the second main electrode side, respectively, in a portion facing the surface in a cross-sectional view perpendicular to the surface along the current flow direction. wherein the width of the protrusion is different.
In the semiconductor device of the present invention, the width of the protrusion is thicker on the second main electrode side.
The semiconductor device of the present invention includes a first main electrode serving as a source electrode, a second main electrode serving as a drain electrode, and a control serving as a gate electrode for controlling on/off of a current flowing between the source electrode and the drain electrode. a field effect transistor having an electrode, an interlayer insulating layer in said upper surface between the both provided with the first main electrode and the second main electrode on the side of the surface to be one main surface of the semiconductor layer A semiconductor device comprising a field plate, which is an electrode provided so as to face the surface through the field plate, the field plate being provided integrally with the control electrode and facing the surface of the field plate. in part, the protrusion coated on the interlayer insulating layer is formed to project to the side of the locally said surface, said surface facing the portion of the field plate, the control electrode is close to the most said surface portion The protrusions are provided on the first main electrode side and the second main electrode side, respectively, and the protrusions are portions facing the surface of the field plate on the first main electrode side and the second main electrode side. Are provided on the first main electrode side and the second main electrode side, respectively, in a portion facing the surface in a sectional view perpendicular to the surface along the current flowing direction. wherein the height of the protrusions is different.
In the semiconductor device of the present invention, the height of the protrusion is increased on the second main electrode side.
In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor layer includes a group III nitride semiconductor heterojunction, and the current flows through the heterojunction interface.
本発明は以上のように構成されているので、フィールドプレート構造が用いられた信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device using the field plate structure.
以下、本発明の実施の形態となる半導体装置について説明する。図1は、この半導体装置1ゲート電極23を含む周辺の構造の部分断面図であり、図6におけるゲート電極123付近の断面に対応する。この半導体装置1における半導体層11、ソース電極21、ドレイン電極22、ソース配線31、ドレイン配線32の形状は図6に示された半導体装置200と同様である。また、ゲート電極23を構成する材料も、前記のゲート電極123と同様である。
Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the peripheral structure including the
この半導体装置1においても、ゲート電極23は断面が略T字形状をなしており、幅が狭くAlGaN層11Bと直接接する部分(ゲート電極下部23A)と、その上側でソース電極21、ドレイン電極22側(図中左右両側)にそれぞれ突出し層間絶縁層12を介して半導体層11の表面と対向する部分(ゲート電極上部23B)を具備する。前記の通り、ゲート電極下部23Aは電流のオン・オフを制御するために機能し、ゲート電極上部23Bはフィールドプレートとして機能する。なお、ゲート電極下部23Aは、半導体層11(AlGaN層11B)と直接接している必要はなく、ノンドープGaN層11AとAlGaN層11Bのヘテロ接合界面に形成される2次元電子ガス層の制御が可能である限りにおいて、これらの間に他の層が介在していてもよい。ただし、いずれの場合においても、ゲート電極下部23Aはゲート電極23においてAlGaN層11B(半導体層11)の表面と最も近接する。
In this
ここで、左右のゲート電極上部23Bには、下側に向かって突出する突起部100がそれぞれ設けられている。突起部100はその周囲の層間絶縁層12で覆われている。突起部100の高さ(突起部100のゲート電極上部23Bから下側(半導体層11の表面側)に向かう高さ)は、層間絶縁層12の厚さと比べて小さく設定される。突起部100のある箇所においてはフィールドプレートとなるゲート電極上部23Bと半導体層11との間の間隔が局所的に狭くなる。
The left and right gate electrode
ゲート電極23を構成する金属材料と層間絶縁層12を構成する絶縁体(SiO2等)との間の熱膨張差に起因して、ゲート電極23と層間絶縁層12との間では剥離が発生しやすく、特に、ゲート電極23がフィールドプレートとしても機能するようにゲート電極上部23Bを左右方向に広がるように設けた構造の場合においては、この剥離は発生しやすい。これに対して、図1の構成においては、突起部100がくさびとして機能するため、この剥離を抑制することができる。特に、後述する製造方法によって、突起部100を層間絶縁層12中に埋め込み、突起部100の周囲が全て層間絶縁層12で覆われる構造とすることができるため、この効果は大きくなる。
Peeling occurs between the
図2(a)〜(h)は、図1の構造の製造方法を示す工程断面図である。ここでは、図1と同様にゲート電極23を含む周辺の構造のみについて記載され、半導体層11やソース電極21、ドレイン電極22等を形成する工程については、周知のものと同様である。
2A to 2H are process cross-sectional views showing a method for manufacturing the structure of FIG. Here, only the peripheral structure including the
まず、図2(a)に示されるように、半導体層11(AlGaN層11B)上に、層間絶縁層12の下側の部分を構成する第1層間絶縁層12Aを形成する。第1層間絶縁層12Aの厚さは、フィールドプレート(ゲート電極上部23B)と半導体層11との間の間隔に対応するため、フィールドプレートによって形成されるMIS構造としての特性に応じて設定される。
First, as shown in FIG. 2A, a first
次に、図2(b)に示されるように、第1層間絶縁層12A中において、ゲート電極下部23Aに対応する開口(ゲート開口12AA)を形成する。このゲート開口12AA中にゲート電極下部23Aが形成され、その直下のヘテロ接合界面の2次元電子ガス層のオン・オフがゲート電極23によって制御される。ゲート開口12AAは、ゲート開口12AAとなる箇所以外にマスク(例えばフォトレジスト)を形成して第1層間絶縁層12A(SiO2)をドライエッチングすることによって形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, an opening (gate opening 12AA) corresponding to the gate electrode
次に、図2(c)に示されるように、突起部100に対応した箇所のみが開口されたフォトレジスト層300を全面に形成する。その後、例えば層間絶縁層12A(SiO2)を短時間、僅かにエッチングすることによって、図2(d)に示されるように、第1層間絶縁層12Aの表面に凹部12ABを形成することができる。図2(b)におけるゲート開口12AAとは異なり、凹部12ABは第1層間絶縁層12Aの表面を僅かに(例えば100nm程度)掘り下げた形態とすればよいため、このエッチングはウェットエッチング、ドライエッチングのどちらを用いても行うことができ、そのエッチング時間を定めることによって凹部12ABを形成することができる。
Next, as shown in FIG. 2C, a
その後、図2(e)に示されるようにフォトレジスト層300を除去した後に、図2(f)に示されるようにゲート電極23を構成する金属層400を、ゲート開口12AA及び凹部12ABを充填するように全面に形成することができる。その後、ゲート電極23となる箇所以外にマスクを形成して金属層400をドライエッチングすることにより、図2(g)に示されるように、突起部100がゲート電極上部23Bに設けられたゲート電極23が形成される。
Then, after removing the
その後、図2(h)に示されるように、層間絶縁層12の上側の部分である第2層間絶縁層12Bを全体を覆うように形成すれば、図1の構造が得られる。
Then, as shown in FIG. 2H, if the second
この製造方法においては、突起部100は第1層間絶縁層12A中に形成された凹部12ABに対応して形成されるため、突起部100はその周囲を第1層間絶縁層12Aで覆われて形成される。このため、突起部100によるゲート電極23と第1層間絶縁層12A(層間絶縁層12)との間の固定強度を高めることができる。また、前記の通り、凹部12ABの深さ(突起部100の高さ)は層間絶縁層12の厚さよりも小さく設定され、この深さに要求される精度は低いため、凹部12ABを形成する工程(図2d)を容易に行うことができる。
In this manufacturing method, since the
図6に示された従来の半導体装置200は、図2における図2(c)〜(e)の工程を省略した工程で製造される。これに対して、上記の半導体装置1を製造するために設けられた凹部12ABを形成するための工程は容易に行うことができるため、結局、上記の半導体装置1を容易に製造することができる。
The
図1におけるゲート電極23の具体的構成を図3に示す。ここでは、層間絶縁層12の記載は省略されている。左側(ソース電極21側)における突起部100とゲート電極下部23との水平面内での間隔がC1、右側(ドレイン電極22側)における突起部100とゲート電極下部23との水平面内での間隔がC2であり、C1=C2とされている。突起部100と半導体層11の間隔(図2における第1層間絶縁層12Aの厚さ)がA、突起部100の高さは左右で等しくBとなっている。このため、この構造はゲート電極23の中心からみて左右対称(ソース電極21側、ドレイン電極22側で対称)となっている。ここで、2≦A/B≦30の範囲とすることが好ましい。A/Bが2未満では、フィールドプレートによる電位制御の効果が強すぎるために逆に耐圧が低下する。A/Bが30を超えると、突起部100によるくさび効果が小さくなる。
A specific configuration of the
図4は、この半導体装置100におけるソース電極21、ドレイン電極22、ゲート電極23の配置を示す平面図である。ソース電極21とドレイン電極22間で大電流を流すためには、ソース電極21とドレイン電極22とが対向する長さを限られた面積内で大きくとる必要がある。このため、特許文献1に記載されるように、共に櫛形の形状とされたソース電極21とドレイン電極22とが入り組み、これらの間に蛇行した形状でゲート電極23が設けられている。
FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of the
図1の構成ではゲート電極23がソース電極21側とドレイン電極22側とで対称(左右対称)な形状とされており、こうした構成は、ソース電極21側あるいはドレイン電極22側のどちらかで特に偏って応力が発生(剥離が発生)しにくい場合に好ましい。こうした状況となる箇所は、ソース電極21側からドレイン電極22側にかけての構造の対称性が高い、例えば図4における断面A−Aの箇所である。
In the configuration of FIG. 1, the
一方、図4における断面B−B、断面C−Cの箇所においては、応力の発生の度合いは、ソース電極21とドレイン電極22側とで非対称であり、剥離が発生しやすくなる箇所もソース電極21、ドレイン電極22のどちらか一方の側となる。実際にどちらの側で剥離が発生しやすいかは、パッケージにおいて用いられる樹脂材料やその実装工程の条件で異なるものの、このうち剥離が発生しやすい側のゲート電極上部を特に剥離が発生しにくい構造とすることが好ましい。
On the other hand, in the locations of the cross section BB and the cross section C-C in FIG. 4, the degree of stress generation is asymmetric between the
図5は、このようにソース電極21側とドレイン電極22側とで非対称な構造を具備するゲート電極の構成を示す4つの例である。図5(a)のゲート電極43においては、ゲート電極下部43Aと、左側のゲート電極上部43B1右側のゲート電極上部43B2が設けられる。ここで、ゲート電極上部43B2のみに突起部100が設けられ、電極上部43B1には突起部100が設けられていない。これによって、特にゲート電極上部43B2側の剥離を抑制することができる。同様に、図5(b)のゲート電極53においては、左側のゲート電極上部53B1側の突起部100を1つ、右側のゲート電極上部53B2側の突起部100を3つとすることにより、ゲート電極上部53B2側の剥離を特に抑制している。あるいは、右側のゲート電極上部53B2を左側のゲート電極上部52B1よりも長くした非対称的な構造とすることにより、右側におけるフィールドプレートとしての効果を左側よりも大きくしている。ソース電極21側と比べてドレイン電極22側は高電位となり半導体層11中で電界強度が高まるために、図5(b)においては右側をドレイン電極22側とすることが好ましい。
FIG. 5 shows four examples showing the structure of the gate electrode having the asymmetric structure on the
また、図5(b)においては、電流が流れる方向に沿った断面視において突起部100の数が左右(ソース電極21側、ドレイン電極22側)で異なり、電流が流れる方向に沿った断面視においてゲート電極上部53B2側で3つの突起部100が間隔をおいて設けられている。しかしながら、実際にはゲート電極上部53B2は図5(b)の紙面垂直方向にも延伸するため、突起部100を紙面垂直方向(電流が流れる方向と垂直の方向)に沿って間隔をおいて複数設けてもよい。
Further, in FIG. 5B, in the cross-sectional view along the current flow direction, the number of the
図5(c)は、左側のゲート電極上部63B1側の突起部101と、右側のゲート電極上部63B2側の突起部102の水平方向における幅を変えた構成を示している。この場合には、剥離に対する耐性だけでなく、右側のゲート電極上部63B2側におけるフィールドプレートの効果が特に高くなる。また、図5(a)〜(c)の構造は、図2(c)におけるフォトレジスト層200のパターンを変えるだけで、図2の製造方法によって図1の構造と同様に製造することができる。
FIG. 5C shows a configuration in which the width of the
一方、図5(d)は、左側のゲート電極上部73B1側の突起部103の深さB1と、右側のゲート電極上部73B2側の突起部104の深さB2を、B1<B2となるように変えた構成を示している。この場合にも、剥離に対する耐性だけでなく、右側のゲート電極上部73B2側におけるフィールドプレートの効果が特に高くなる。この場合には、図2の製造方法において突起部103に対応した凹部と突起部104に対応した凹部とを別の工程で作製することが必要になるものの、右側の電極上部73B2における剥離を抑制する効果を特に高めることができる。
On the other hand, in FIG. 5D, the depth B1 of the
その他、突起部の数、大きさ、形状は、層間絶縁層に突起部を埋め込んで形成できる限りにおいて、適宜設定することができる。この際、突起部の数、大きさ、形状は、剥離に対する耐性とフィールドプレートとしての効果(半導体層に対する表面電位の制御の度合い)を考慮して設定することができる。 In addition, the number, size, and shape of the protrusions can be appropriately set as long as the protrusions can be embedded in the interlayer insulating layer. At this time, the number, size, and shape of the protrusions can be set in consideration of the resistance to peeling and the effect as a field plate (the degree of control of the surface potential with respect to the semiconductor layer).
また、上記の構成においては、ゲート電極の上部がフィールドプレートとして用いられていたが、上記のような突起部を具備するフィールドプレート構造をソース電極に設けることもできる。また、ゲート電極、ソース電極とは別材料で別体として形成され、その後でこれらと電気的に接続されたフィールドプレートにおいても、上記と同様の構造を設けることができる。 Further, in the above-mentioned structure, the upper part of the gate electrode is used as the field plate, but the field electrode structure having the above-mentioned protrusion may be provided in the source electrode. Further, the same structure as the above can be provided also in the field plate which is formed separately from the gate electrode and the source electrode and is electrically connected to these materials.
また、上記の半導体装置は、GaN等(III族窒化物半導体)が用いられたHEMTであったが、半導体層の一表面に設けられた第1主電極と第2主電極の間で電流が流される素子であれば、上記のようなフィールドプレートが有効である。この際、フィールドプレートは平面的に広がる構成を具備し、剥離が発生しやすくなるため、上記の構造は有効である。すなわち、上記の構造はHEMT以外の半導体装置においても有効である。 Further, the semiconductor device described above is a HEMT using GaN or the like (group III nitride semiconductor), but a current flows between the first main electrode and the second main electrode provided on one surface of the semiconductor layer. The field plate as described above is effective as long as it is an element to be swept. At this time, since the field plate has a configuration that spreads in a plane and peeling easily occurs, the above structure is effective. That is, the above structure is also effective in semiconductor devices other than HEMTs.
1、200 半導体装置(HEMT)
10 基板
11 半導体層
11A ノンドープGaN層
11B AlGaN層
12、112 層間絶縁層
12A 第1層間絶縁層
12AA ゲート開口
12AB 凹部
12B 第2層間絶縁層
21 ソース電極(第1主電極)
22 ドレイン電極(第2主電極)
23、43、53、63、73、123 ゲート電極(制御電極)
23A、43A、53A、63A、73A、123A ゲート電極下部
23B、43B1、43B2、53B1、53B2、63B1、63B2、73B1、73B2、123B ゲート電極上部(フィールドプレート)
31 ソース配線
32 ドレイン配線
100〜104 突起部
300 フォトレジスト層
400 金属層
1,200 Semiconductor device (HEMT)
10
22 Drain electrode (second main electrode)
23, 43, 53, 63, 73, 123 Gate electrode (control electrode)
23A, 43A, 53A, 63A, 73A, 123A
31
Claims (8)
前記フィールドプレートは、前記制御電極と一体化して設けられ、
前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分において、局所的に前記表面の側に突出して前記層間絶縁層に被覆された突起部が形成され、
前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分は、前記制御電極が最も前記表面と近接する部分からみた前記第1主電極側、前記第2主電極側、にそれぞれ設けられ、
前記突起部は、前記第1主電極側、前記第2主電極側における前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に、それぞれ設けられ、
前記電流の流れる方向に沿い前記表面に垂直な断面視において、
前記第1主電極側又は前記第2主電極側の前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に複数の前記突起部が設けられたことを特徴とする半導体装置。 A field-effect transistor including a first main electrode to be a source electrode, a second main electrode to be a drain electrode, and a control electrode to be a gate electrode for controlling on/off of a current flowing between the source electrode and the drain electrode. , and the opposite to the surface via the interlayer insulating layer at said upper surface between the both provided with the first main electrode and the second main electrode on the side of the surface as the one main surface of the semiconductor layer A semiconductor device comprising a field plate which is an electrode provided as
The field plate is provided integrally with the control electrode,
In a portion of the field plate that faces the surface, a protrusion that locally protrudes toward the surface and is covered with the interlayer insulating layer is formed,
The portion of the field plate facing the surface is provided on each of the first main electrode side and the second main electrode side as viewed from the portion where the control electrode is closest to the surface,
The protrusions are provided on portions of the field plate on the first main electrode side and the second main electrode side that face the surface, respectively.
In a sectional view perpendicular to the surface along the direction in which the current flows,
Wherein a plurality of the projections on the surface facing the portion of the field plate of the first main electrode side or the second main electrode side is provided.
前記第1主電極側、前記第2主電極側の前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の数が異なることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 In a sectional view perpendicular to the surface along the direction in which the current flows,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the number of the protrusions provided on the first main electrode side and the second main electrode side of the field plate facing the surface is different.
前記第2主電極側で前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の数は、前記第1主電極側で前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の数よりも多くされたことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 In a sectional view perpendicular to the surface along the direction in which the current flows,
The number of the protrusions provided on a portion of the field plate facing the surface on the second main electrode side is the same as the number of protrusions provided on a portion of the field plate facing the surface on the first main electrode side. The semiconductor device according to claim 1, wherein the number of protrusions is greater than the number of protrusions.
前記フィールドプレートは、前記制御電極と一体化して設けられ、
前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分において、局所的に前記表面の側に突出して前記層間絶縁層に被覆された突起部が形成され、
前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分は、前記制御電極が最も前記表面と近接する部分からみた前記第1主電極側、前記第2主電極側、にそれぞれ設けられ、
前記突起部は、前記第1主電極側、前記第2主電極側における前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に、それぞれ設けられ、
前記電流の流れる方向に沿い前記表面に垂直な断面視において、
前記第1主電極側、前記第2主電極側の前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の幅が異なることを特徴とする半導体装置。 A field-effect transistor including a first main electrode to be a source electrode, a second main electrode to be a drain electrode, and a control electrode to be a gate electrode for controlling on/off of a current flowing between the source electrode and the drain electrode. , and the opposite to the surface via the interlayer insulating layer at said upper surface between the both provided with the first main electrode and the second main electrode on the side of the surface as the one main surface of the semiconductor layer A semiconductor device comprising a field plate which is an electrode provided as
The field plate is provided integrally with the control electrode,
In a portion of the field plate that faces the surface, a protrusion that locally protrudes toward the surface and is covered with the interlayer insulating layer is formed,
The portion of the field plate facing the surface is provided on each of the first main electrode side and the second main electrode side as viewed from the portion where the control electrode is closest to the surface,
The protrusions are provided on portions of the field plate on the first main electrode side and the second main electrode side that face the surface, respectively.
In a sectional view perpendicular to the surface along the direction in which the current flows,
Wherein a said first main electrode side, the width of said protrusion provided on the portion facing the surface of the second main electrode side said field plate is different.
前記フィールドプレートは、前記制御電極と一体化して設けられ、
前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分において、局所的に前記表面の側に突出して前記層間絶縁層に被覆された突起部が形成され、
前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分は、前記制御電極が最も前記表面と近接する部分からみた前記第1主電極側、前記第2主電極側、にそれぞれ設けられ、
前記突起部は、前記第1主電極側、前記第2主電極側における前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に、それぞれ設けられ、
前記電流の流れる方向に沿い前記表面に垂直な断面視において、
前記第1主電極側、前記第2主電極側の前記フィールドプレートにおける前記表面と対向する部分に設けられた前記突起部の高さが異なることを特徴とする半導体装置。 A field-effect transistor including a first main electrode to be a source electrode, a second main electrode to be a drain electrode, and a control electrode to be a gate electrode for controlling on/off of a current flowing between the source electrode and the drain electrode. , and the opposite to the surface via the interlayer insulating layer at said upper surface between the both provided with the first main electrode and the second main electrode on the side of the surface as the one main surface of the semiconductor layer A semiconductor device comprising a field plate which is an electrode provided as
The field plate is provided integrally with the control electrode,
In a portion of the field plate that faces the surface, a protrusion that locally protrudes toward the surface and is covered with the interlayer insulating layer is formed,
The portion of the field plate facing the surface is provided on each of the first main electrode side and the second main electrode side as viewed from the portion where the control electrode is closest to the surface,
The protrusions are provided on portions of the field plate on the first main electrode side and the second main electrode side that face the surface, respectively.
In a sectional view perpendicular to the surface along the direction in which the current flows,
Wherein a said first main electrode side, the height of said projections provided on the surface facing the portion of the second main electrode side said field plate is different.
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