KR100968800B1 - 고주파용 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

고주파용 반도체 장치에 있어서, 화합물 반도체 기판(11)에 형성되는 동작 영역(12)과, 동작 영역(12) 위에 형성되는 게이트 전극(13)과, 동작 영역(12) 위에 게이트 전극(13)을 사이에 두고 교대로 형성되는 소스 전극(14) 및 드레인 전극(15)과, 외부 회로와 접속되기 위한 본딩 패드(18, 19)와, 한쪽 단부가 소스 전극(14) 또는 드레인 전극(15)과 동작 영역(12) 바깥 위에서 접속되고, 다른 쪽 단부가 본딩 패드(18, 19)와 접속되는 에어브리지(20)를 포함한다.

Description

고주파용 반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE FOR HIGH FREQUENCY}
본 발명은 예컨대 고주파에서 이용되는 전계 효과 트랜지스터 등의 고주파 반도체 장치에 관한 것이다.
최근, 인버터 회로나 스위칭 소자의 고기능화에 따라, 전계 효과 트랜지스터[이하 FET(Field Effect Transistor)라고 기재함)에 있어서, 고주파 특성, 신뢰성의 향상이 한층 더 요구되고 있다.
그 때문에, 예컨대, 멀티 핑거형(multi-finger) FET가 이용된다. 멀티 핑거형 FET 있어서, 복수의 게이트 전극이 동작 영역을 횡단하도록 형성된다. 복수의 게이트 전극은 동작 영역과 평행하게 형성되는 게이트 배선과 접속된다. 또한, 소스 전극/드레인 전극은 동작 영역 위에 게이트 전극을 사이에 두고 교대로 형성된다. 그리고, 각각 소스/드레인 배선에 의해 본딩 패드와 접속된다. 이 때, 게이트 배선과 소스/드레인 배선이 교차하게 되지만, 이들을 절연시키기 위해서 게이트 배선 위에 SiN 등의 패시베이션막이 형성된다.
그러나, 이와 같이, 유전률이 높은 SiN 등의 패시베이션막 위에 직접 배선을 형성함으로써, 부유 용량이 발생한다. 특히, 고주파 영역에 있어서 무시할 수 없게 된다. 그래서, 이 부유 용량을 저감하기 위해서, 공극을 통해 상층 배선을 형성하 는 에어브리지 구조가 이용되고 있다(예컨대 특허 문헌 1, 2 참조).
이러한 에어브리지 구조에서의 소스/드레인 전극은 동작 영역 위에 예컨대 Pt/AuGe 등의 옴 접촉부(contact)와, 예컨대 Au/Pt/Ti 등의 메탈층이 순차적으로 적층되어 형성된다. 그리고, 이들 메탈층 상부 전면과 소스/드레인 본딩 패드가 형성되는 영역 및 이들을 접속하는 영역에 예컨대 Au의 단층의 도금층이 형성되어 에어브리지 등이 형성된다.
에어브리지를 구성하는 Au는 GaAs 기판 등 화합물 반도체 기판보다 열팽창률이 크다. 따라서, 도금 형성 온도(예컨대 60℃)로부터, 통전 온도(예컨대 가속 평가 조건 225℃)나, 비통전시의 온도(예컨대 상온 25℃)와 같이 온도가 변동함으로써, 에어브리지에서 열팽창, 열수축이 일어난다. 그리고, 이러한 열팽창, 열수축에 의해 동작 영역에 압축 응력, 인장 응력 등의 큰 내부 응력이 발생한다. 그 때문에, 출력 특성이 열화하는 등의 결함이 발생하여 양호한 신뢰성을 얻기 어렵다고 하는 문제가 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평성 제9-8064호 공보(도 1 등)
특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2001-15526호 공보(도 1, [0004] 등)
본 발명은 출력 특성 열화 등의 결함의 발생을 억제하여 양호한 신뢰성을 얻을 수 있는 고주파용 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 화합물 반도체 기판에 형성되는 동작 영역과, 동작 영역 위에 형성되는 게이트 전극과, 동작 영역 위에 게이트 전극을 사이에 두고 교대로 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극과, 외부 회로와 접속되기 위한 본딩 패드와, 한쪽 단부가 소스 전극 또는 드레인 전극과 동작 영역 바깥 위에서 접속되고, 다른 쪽 단부가 본딩 패드와 접속되는 에어브리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파용 반도체 장치가 제공된다.
[발명의 효과]
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 고주파용 반도체 장치에 있어서, 출력 특성 열화 등의 결함의 발생을 억제하여 양호한 신뢰성을 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 고주파용 반도체 장치인 멀티 핑거형 FET 소자의 평면도.
도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 취한 단면도.
도 3은 본 발명의 일 형태에 따른 고주파용 반도체 장치인 멀티 핑거형 FET 소자의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 형태에 따른 고주파용 반도체 장치인 멀티 핑거형 FET 소자의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 형태에 따른 고주파용 반도체 장치인 멀티 핑거형 FET 소자의 부분 단면도.
도 6은 본 발명의 일 형태에 따른 고주파용 반도체 장치인 멀티 핑거형 FET 소자의 평면도.
이하 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 본 실시 형태의 고주파용 반도체 장치인 멀티 핑거형 FET 소자의 평면도를 도시하고, 도 2에 그 A-A'선을 따른 단면도를 도시한다. 도면에 도시하는 바와 같이, 화합물 반도체 기판(11)에 동작 영역(12)이 형성되고, 이 동작 영역(12) 위에 복수의 게이트 전극(13)이 형성되어 있다. 그리고, 동작 영역(12) 위를 포함하는 영역에 게이트 전극(13)을 사이에 두고 교대로 각각 복수의 소스 전극(14), 드레인 전극(15)이 형성되어 있다. 소스 전극(14), 드레인 전극(15)은 예컨대 Pt/AuGe 등의 옴 접촉부와, 예컨대 Au/Pt/Ti 등의 메탈층이 순차적으로 적층되어 구성되어 있다. 게이트 전극(13)은 게이트 배선(16)을 통해 외부에 본딩되며, 신호를 입출력하기 위한 게이트 패드(17)에 접속되어 있다.
그리고, 각 게이트 패드(17)를 사이에 두도록 소스 패드(18)가 형성되고, 게이트 패드(17), 소스 패드(18)와, 동작 영역을 사이에 두고 반대측에 드레인 패드(19)가 형성되어 있다. 또한, 게이트 배선(16) 또는 SiN층 등의 패시베이션막(도시하지 않음)과 접하지 않고, 소스 전극(14)과 소스 패드(18)를, 그리고 드레인 전극(15)과 드레인 패드(19)를 접속하는 에어브리지(20)가 형성되어 있다. 에어브리지(20)는 예컨대 단층의 금도금층으로 형성되어 있다. 이 에어브리지(20)의 종단(20a)은 동작 영역(12)의 단부(12a) 위에 근접하도록 형성된다. 에어브리지(20)에 있어서, 소스 전극(14) 및/또는 드레인 전극(15)과의 접속부(20b)는 동작 영역(12) 바깥 위에 배치되어 있다.
이러한 구조에 의해, 에어브리지(20)에 있어서, 온도 변동에 따라 기판과의 열팽창률의 차에 의한 열팽창, 열수축이 일어난 경우에도, 동작 영역(12)에서의 압축 응력, 인장 응력 등의 큰 내부 응력의 발생이 억제된다. 따라서, 출력 특성이 열화되는 등의 결함을 억제할 수 있어 양호한 신뢰성을 얻을 수 있게 된다.
본 실시 형태에 있어서, 에어브리지(20)의 종단(20a)은 동작 영역(12)의 단부(12a) 위에 근접하도록 형성되어 있지만, 반드시 일치할 필요는 없다. 도 3에 단면도를 도시한 바와 같이, 거리(d)만큼 이격되어 있어도 좋다. 이것은, 에어브리지(20)와 동작 영역(12)이 겹치지 않도록 위치 맞춤 정밀도를 고려하기 위함이며, d≤0.2 ㎛ 정도이면 좋다. 맞춤 어긋남에 의해 동작 영역(12)과 겹침에 따른 결함을 억제할 수 있다. 그러나, 칩 사이즈의 증대로 이어지기 때문에, 가능한 한 근접해 있는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에 부분 단면도를 도시한 바와 같이, 소스 전극(14)[드레인 전극(15)]의 단부와, 에어브리지(20)의 하면의 단부(20c)는 동일 평면 위에 형성되어 있지 않아도 좋다. 또한, 에어브리지(20)와, 소스 전극(14)과의 접속부의 면적이 에어브리지의 폭 방향에 있어서의 단면(B-B'단면)의 면적보다 큰 것이 바람직하다. 드레인 전극(15)과의 접속 부분에 있어서도 마찬가지이다. 접속 저항과 전계 집중을 억제하여, 과전류에 의한 배선의 용단(溶斷)을 방지하기 위함이다.
또한, 에어브리지는 일체로 금도금에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 도 5에 단면도를 도시한 바와 같이, 소스 전극(14)과의 접속 부분이 스페이서가 되는 제1 층(20d)과, 공중 부분을 구성하는 제2 층(20e)으로 구성되어도 좋다. 드레인 전극(15), 소스 패드(18), 드레인 패드(19)와의 접속 부분에 있어서도 마찬 가지이다. 또한, 소스 패드(18), 드레인 패드(19) 전면이 에어브리지와 일체로 형성되어도 좋다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 소스 전극(14), 드레인 전극(15)은 각각 동작 영역(12)이 형성되어 있지 않은 영역 위까지 돌출되도록 형성되어 있지만, 반드시, 양끝이 돌출되어 있지 않아도 된다. 동작 영역(12) 밖에 접속 영역을 형성하기 위해서, 도 6에 평면도를 도시한 바와 같이, 드레인 전극과 접속되는 소스 패드(18), 드레인 패드(19)측으로 돌출되어 있으면 된다.
또한, 화합물 반도체 기판으로서는, GaAs를 이용하였지만, 이것에 한정되지 않고, GaN, SiC 등의 화합물 반도체 기판을 이용할 수도 있다. 에피택셜 웨이퍼를 이용하여도 좋다. 또한, 각 전극의 옴 접촉부의 하층에, 이온 주입, 고농도 에피택셜층의 형성 등에 의해 고농도층을 형성하여도 좋다.
이러한 구성은 HEMT(High Electron Mobility Transistor) 이외에 MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)나, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 FET 등에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 기타 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다.

Claims (8)

  1. 화합물 반도체 기판에 형성되는 동작 영역과,
    상기 동작 영역 위에 형성되는 게이트 전극과,
    상기 동작 영역 위에 상기 게이트 전극을 사이에 두고 교대로 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극과,
    외부 회로와 접속되기 위한 본딩 패드와,
    한쪽 단부가 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극과 상기 동작 영역 바깥 위에서 접속되고, 다른 쪽 단부가 상기 본딩 패드와 접속되는 에어브리지
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파용 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에어브리지는 Au층을 포함하는 것인 고주파용 반도체 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 Au층은 단층의 도금층인 것인 고주파용 반도체 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에어브리지와 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극과의 접속부의 종단은 상기 동작 영역의 상기 에어브리지측의 단부 위에 근접해 있는 것인 고주파용 반도체 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에어브리지와 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극과의 접속부의 종단은 상기 동작 영역의 상기 에어브리지측의 단부 위에 이격되어 있는 것인 고주파용 반도체 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 에어브리지와 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극과의 접속부의 종단과, 상기 동작 영역의 상기 에어브리지측의 단부와의 거리(d)는 d≤0.2 ㎛인 것인 고주파용 반도체 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 에어브리지와, 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극과의 접속 면적은 상기 에어브리지의 폭 방향에 있어서의 단면의 면적보다 큰 것인 고주파용 반도체 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 화합물 반도체 기판은 GaAs 기판인 것인 고주파용 반도체 장치.
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