JPWO2020255259A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
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Abstract
Description
<A−1.構成>
以下、本実施の形態に関する半導体装置について説明する。図1は、実施の形態1の半導体装置1001の断面図である。図2は、半導体装置1001の上面図である。図3は、図2のA−A´線に沿った半導体装置1001の断面図である。図4は、図2のB−B´線に沿った半導体装置1001の断面図である。図5は、図2のC−C´線に沿った半導体装置1001の断面図である。図1では、半導体装置1001の各部の寸法が図4と異なって描かれているが、図1は図4と同様、半導体装置1001のソース電極101とドレイン電極102を通る断面図である。
半導体装置1001は、ダイヤモンド基板23と、窒化物半導体層であるエピタキシャル半導体層2,3と、窒化物半導体層上に形成された電極であるソース電極101、ドレイン電極102、およびゲート電極106とを備える。ダイヤモンド基板23は上面109に凹部17が形成されており、凹部17の内部に窒化物半導体層が形成される。窒化物半導体層上には、ソース電極101、ドレイン電極102、およびゲート電極106が形成され、これらの電極と窒化物半導体層が電界効果トランジスタを構成する。ここで、窒化物半導体層は、エピタキシャル半導体層2,3のうちの少なくとも1つに対応する。
<B−1.構成>
図6は、実施の形態2の半導体装置1002の断面図である。図1に示したように、半導体装置1001ではエピタキシャル半導体層2とダイヤモンド基板23とが直接接触するが、実施の形態2の半導体装置1002では、エピタキシャル半導体層2とダイヤモンド基板23の間に介在層19が存在する。すなわち、半導体装置1002は、実施の形態1の半導体装置1001の構成に加えて、介在層19を備えたものであり、介在層19以外の構成は半導体装置1001と同様である。介在層19は、ダイヤモンド基板23の凸部16の上面109および凹部17の内壁を覆って形成される。
実施の形態2の半導体装置1002は、ダイヤモンド基板23と窒化物半導体層であるエピタキシャル半導体層2との間に介在層19を備える。従って、半導体装置1002によれば、実施の形態1の効果に加えて、ダイヤモンド基板23とエピタキシャル半導体層2との間で、膜剥がれまたは欠損が生じたり、もしくはクラックなどが混入したりすることを抑制し、接合の密着性を向上させることができる。
<C−1.構成>
図7は、実施の形態3の半導体装置1003の断面図である。半導体装置1003では、ソースビアホール501がソースビア充填材504によって充填されている。すなわち、半導体装置1003は、実施の形態2の半導体装置1002の構成に加えて、ソースビア充填材504を備えたものであり、ソースビア充填材504以外の構成は半導体装置1002と同様である。
実施の形態3の半導体装置1003において、ソースビアホール501の内部にソースビア充填材504が形成されている。ソースビア充填材504は、望ましくはダイヤモンドである。このような構成によれば、ソースビアメタル502は、ダイヤモンド基板23に加えて、ソースビア充填材504のダイヤモンドと接触する。従って、半導体装置1003によれば高い放熱性が得られる。
<D−1.構成>
マイクロ波通信システムまたはミリ波通信システムなどに用いられるマイクロ波モノリシック集積回路(monolithic microwave integrated circuit:MMIC)は、HEMTデバイスによって構成されている。MMICの高出力電力増幅器に利用されるHEMTデバイスには、複数の単位HEMTを電気的に並列接続するマルチフィンガー型HEMTが採用されている。マルチフィンガー型HEMTにおいて、互いに並列接続された各単位HEMTの発熱は、無視することができない量である。特に、マルチフィンガー型HEMTの中心付近に位置する単位HEMTデバイスには、その周囲に位置する単位HEMTデバイスの発熱の影響を受けて熱が集中するため、放熱効率が悪くなる。その結果、マルチフィンガー型HEMTの中心付近に位置する単位HEMTデバイスは、破壊されやすい。従って、高出力電力増幅器におけるマルチフィンガー型HEMTの性能を向上させるためには、放熱効率の高い構造を採用する必要がある。
図10では、ダイヤモンド基板23とエピタキシャル半導体層3とが直接接触する構成を示している。しかし、実施の形態2の半導体装置1002と同様、半導体装置1004においても、エピタキシャル半導体層2とダイヤモンド基板23の間に介在層19が設けられても良い。これにより、実施の形態2と同様の効果を得ることが可能である。
このような半導体装置1004の構成によれば、平面視において、マルチフィンガー型電界効果トランジスタの活性領域となるエピタキシャル半導体層2,3の側方に高熱伝導率材料であるダイヤモンド基板23が隣接する。そのため、エピタキシャル半導体層2,3から生じた熱を効率よく放熱することができる。その他、実施の形態1と同様の効果を奏する。
<E−1.構成>
実施の形態5の半導体装置の上面図は、図8に示した実施の形態4の半導体装置1004の上面図と同様である。図12は、図8のB−B´線に沿った断面に対応する半導体装置1005の断面図である。
実施の形態5の半導体装置1005によれば、ダイヤモンド基板23の上面109に複数の凹部17が形成される。そして、隣り合う2つの凹部17の間の凸部16上に、ソース電極101またはドレイン電極102が位置する。このような構成により、平面視において、マルチフィンガー型HEMTの活性層となるエピタキシャル半導体層2,3をダイヤモンド基板23の凸部16が近い距離で取り囲む。そのため、エピタキシャル半導体層2,3で生じた熱をダイヤモンド基板23に効率よく放熱することが可能となる。
<F−1.構成>
図13は、実施の形態6の半導体装置1006の製造方法を例示するフローチャートである。また、図14から図33は、半導体装置1006の製造方法を説明するための断面図である。図33にその断面図が示される半導体装置1006は、ダイヤモンド基板の凹部の内部に窒化物半導体層が形成され、ソースビアホールとソースビアメタルを有するという点で、実施の形態1−5の半導体装置1001−1005と共通している。そのため、以下、半導体装置1006の製造方法を説明するが、これは実施の形態1−5の半導体装置1001−1005の第1の製造方法に相当する。
以上に説明した半導体装置の第1の製造方法によれば、図18および図19に示したように、出発基板からSi基板1を全面的に除去する前に、Si基板1と窒化物半導体層を貫通する貫通溝44を形成する。そのため、Si基板1を除去する際に、異種材料の格子不整合に起因する応力開放が貫通溝44に分散され、クラックまたは割れが、AlGaN層53またはGaN層52の内部に侵入することを抑制することができる。さらに、電極またはダイヤモンド基板28を形成する前に、予めビアメタル24が形成されるため、オーミック抵抗を劇的に下げることができ、デバイス特性が向上する。
<G−1.構成>
図34は、半導体装置1001−1005の第2の製造方法を例示するフローチャートである。以下、図34のフローに沿って半導体装置1001−1005の第2の製造方法を説明する。
以上に説明した半導体装置の第2の製造方法によれば、(a)ダイヤモンド自立基板を用意し、(b)ダイヤモンド自立基板の上面に凹部を形成し、(c)凹部の内部に窒化物半導体層をエピタキシャル成長し、(d)窒化物半導体層の上面に電界効果トランジスタの電極層を形成する。この製造方法によれば、商業的にダイヤモンド自立基板が実現した場合には、実施の形態1−5の半導体装置1001−1005の商業的な製造を簡便に行うことができる。また、商業的にダイヤモンド自立基板を除去する工程が実現された場合には、実施の形態1−5の半導体装置1001−1005の商業的な製造を簡便に行うことができる。
Claims (13)
- 上面に凹部が形成されたダイヤモンド基板と、
前記ダイヤモンド基板の上面の前記凹部の内部に形成された窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上に形成された電極と、
を備え、
前記窒化物半導体層と前記電極が電界効果トランジスタを構成し、
前記電極は、ソース電極を含み、
前記ダイヤモンド基板には、前記ダイヤモンド基板を厚み方向に貫通して前記ソース電極を露出するソースビアホールが形成され、
前記ソースビアホールの内壁と前記ダイヤモンド基板の下面を覆うビアメタルをさらに備える、
半導体装置。 - 前記凹部は、前記凹部の底面から前記凹部の高さ方向に突出した前記ダイヤモンド基板の凸部に、平面視において全周囲を囲まれる、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ダイヤモンド基板の上面と、前記窒化物半導体層の上面とが同一平面上に位置する、
請求項2に記載の半導体装置。 - 前記ダイヤモンド基板は、前記窒化物半導体層より高い電気抵抗率を有する、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記ダイヤモンド基板と前記窒化物半導体層との間に形成された介在層をさらに備える、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記ソースビアホールの内部がダイヤモンドで充填されている、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記電界効果トランジスタは、マルチフィンガー型電界効果トランジスタである、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記凹部は、前記ダイヤモンド基板の上面に複数形成され、
前記電極は、ソース電極とドレイン電極とを含み、
隣り合う2つの前記凹部の間には、前記凹部の底面から前記凹部の高さ方向に突出した前記ダイヤモンド基板の部分である凸部があり、
前記凸部上に、前記ソース電極または前記ドレイン電極が位置する、
請求項7に記載の半導体装置。 - 半導体基板上に窒化物半導体層を形成し、
前記窒化物半導体層の前記半導体基板と反対側の主面である第1主面に支持基板を接合し、
前記支持基板の接合後、前記半導体基板と前記窒化物半導体層を厚さ方向に貫通する貫通溝を形成し、
前記貫通溝の形成後、前記半導体基板を除去し、
前記貫通溝の内部の一部に第1金属を形成し、
前記窒化物半導体層の前記第1主面と反対側の主面である第2主面と、前記貫通溝の内部の前記第1金属が形成されていない領域とに、ダイヤモンド層を形成し、
前記ダイヤモンド層の形成後、前記支持基板を前記窒化物半導体層の第1主面から遊離し、
前記支持基板の遊離後、前記窒化物半導体層の第1主面に電界効果トランジスタの電極を形成して、前記電界効果トランジスタのソース電極を前記第1金属と電気的に接触させ、
前記第1金属と前記ダイヤモンド層の表面とに接触する第2金属を形成する、
半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板の除去と前記第1金属の形成の間に、前記窒化物半導体層の第2主面に介在層を形成する、
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - ダイヤモンド自立基板を用意し、
前記ダイヤモンド自立基板の上面に凹部を形成し、
前記凹部の内部に窒化物半導体層をエピタキシャル成長し、
前記窒化物半導体層の上面に電界効果トランジスタの電極層を形成する、
半導体装置の製造方法。 - 前記電界効果トランジスタのソースパッドの直下の前記ダイヤモンド自立基板の領域に、前記ダイヤモンド基板を厚さ方向に貫通するソースビアホールを形成し、
前記ソースビアホールの内壁にビアメタルを形成する、
請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記凹部の形成と前記窒化物半導体層のエピタキシャル成長との間に、前記凹部の内壁に介在層を形成する工程をさらに備える、
請求項11または請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
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CN112992678B (zh) * | 2021-02-05 | 2022-09-13 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 基于金刚石衬底的GaN场效应晶体管的制备方法 |
JP2023122726A (ja) * | 2022-02-24 | 2023-09-05 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体装置 |
WO2024084621A1 (ja) * | 2022-10-19 | 2024-04-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
CN116230536A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-06-06 | 成都功成半导体有限公司 | 一种使用金刚石衬底的高导热hemt器件及其制备方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04311069A (ja) * | 1991-04-08 | 1992-11-02 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波用半導体装置 |
JP2011040597A (ja) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
US8143654B1 (en) * | 2008-01-16 | 2012-03-27 | Triquint Semiconductor, Inc. | Monolithic microwave integrated circuit with diamond layer |
US20140110722A1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-04-24 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Semiconductor Structure or Device Integrated with Diamond |
JP2015065233A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2017154908A (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | 信越化学工業株式会社 | ダイヤモンド基板の製造方法、ダイヤモンド基板及びダイヤモンド自立基板 |
JP2018041785A (ja) * | 2016-09-06 | 2018-03-15 | 富士通株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
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Family Cites Families (4)
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---|---|---|---|---|
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JP2014029990A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-02-13 | Sharp Corp | 窒化物半導体装置の電極構造およびその製造方法並びに窒化物半導体電界効果トランジスタ |
US9583607B2 (en) * | 2015-07-17 | 2017-02-28 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | Semiconductor device with multiple-functional barrier layer |
JP6930229B2 (ja) * | 2017-06-05 | 2021-09-01 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04311069A (ja) * | 1991-04-08 | 1992-11-02 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波用半導体装置 |
US8143654B1 (en) * | 2008-01-16 | 2012-03-27 | Triquint Semiconductor, Inc. | Monolithic microwave integrated circuit with diamond layer |
JP2011040597A (ja) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
US20140110722A1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-04-24 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Semiconductor Structure or Device Integrated with Diamond |
JP2015065233A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2017154908A (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | 信越化学工業株式会社 | ダイヤモンド基板の製造方法、ダイヤモンド基板及びダイヤモンド自立基板 |
JP2018041785A (ja) * | 2016-09-06 | 2018-03-15 | 富士通株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP6448865B1 (ja) * | 2018-02-01 | 2019-01-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
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