[go: up one dir, main page]

JP2002270822A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JP2002270822A
JP2002270822A JP2001067088A JP2001067088A JP2002270822A JP 2002270822 A JP2002270822 A JP 2002270822A JP 2001067088 A JP2001067088 A JP 2001067088A JP 2001067088 A JP2001067088 A JP 2001067088A JP 2002270822 A JP2002270822 A JP 2002270822A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type gan
effect transistor
gan substrate
substrate
hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001067088A
Other languages
English (en)
Inventor
Mayumi Moritsuka
真由美 森塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001067088A priority Critical patent/JP2002270822A/ja
Publication of JP2002270822A publication Critical patent/JP2002270822A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寄生容量低減によって、n型GaN基板を用
いて形成される電界効果トランジスタの高速動作を可能
とした半導体装置を提供する。 【解決手段】 n型GaN基板1の表面に、i型GaN
層2及びn型GaN層3をエピタキシャル成長させて、
n型GaN層3を活性層とする電界効果トランジスタを
形成する。電界効果トランジスタの領域の外には、ソー
ス、ドレイン及びゲート電極にそれぞれ接続される端子
パッド7を設ける。n型GaN基板1のゲート及びドレ
イン電極に接続される各端子パッド7の位置に、裏面か
ら少なくともi型GaN層2に達する深さをもってホー
ル11を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、GaN系材料を
用いた電界効果トランジスタを含む半導体装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】広バンドギャップの半導体であるGaN
を用いた半導体素子は、GaAsを用いた半導体素子と
同等の高周波動作が可能であり、しかも高電圧での動作
が可能であることから、高周波の電力用素子として注目
されている。従来、GaN系化合物半導体を用いた電界
効果トランジスタは、良質のGaN基板が得られないた
めに、サファイア基板やSiC基板を用いて作られてき
た。
【0003】しかしサファイア基板やSiC基板は、G
aN系半導体と格子定数や熱膨張係数が異なる等の理由
で、良質のGaN系半導体をエピタキシャル成長させる
ことが難しい。またこれらの基板は硬いために加工が難
しく、電力用素子を得るに必要な基板の研磨やバイアホ
ール形成も困難であった。
【0004】近年になって、良質のn型GaN基板を作
る技術が開発され、このn型GaN基板を用いることで
良質のGaN系半導体のエピタキシャル成長が可能にな
っている。n型GaN基板は、サファイア基板やSiC
基板に比べて加工性にも優れていて、薄板形成やバイア
ホール形成も容易であり、電力用素子にも有利である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、n型GaN基
板を用いて電界効果トランジスタを形成すると、導電性
のn型GaN基板が基準電位端子となるために、寄生容
量が大きく、高速動作が阻害されるという問題があっ
た。
【0006】この発明は、寄生容量低減によってn型G
aN基板を用いて形成される電界効果トランジスタの高
速動作を可能とした半導体装置を提供することを目的と
している。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、n型GaN基板と、このn型GaN基板の表面に
エピタキシャル成長させたGaN系半導体層と、このG
aN系半導体層に形成された電界効果トランジスタと、
この電界効果型トランジスタの領域の外に配置されてソ
ース、ドレイン及びゲート電極にそれぞれ接続される端
子パッドとを有し、前記n型GaN基板のゲート及びド
レイン電極に接続されている各端子パッドの位置に、裏
面から少なくとも前記GaN系半導体層に達する深さを
もってホールが形成されていることを特徴とする。
【0008】この発明によると、端子パッドの位置でn
型GaN基板にホールを形成することにより、電界効果
トランジスタの信号入出力端子の寄生容量を効果的に低
減することができる。これにより、電界効果トランジス
タの高速動作が可能になる。特に、ホールは、対応する
端子パッドより大きく且つ、電界効果トランジスタの領
域にかからないように形成することが好ましい。これに
より、電界効果トランジスタで発生する熱に対する、G
aN基板の放熱作用を損なうことなく、配線部の寄生容
量を含めて寄生容量の低減が図られる。
【0009】この発明において、n型GaN基板の裏面
に、バイアホールを介して電界効果トランジスタのソー
スに接続される裏面電極を形成する場合に、この裏面電
極がホール内にも形成されると、端子パッド部にホール
を開けた意味がなくなり、寄生容量が増大する。従っ
て、裏面電極は、ホール部を避けて形成する。
【0010】n型GaN基板に形成したホールには、絶
縁体を埋め込み形成することもできる。この場合には、
絶縁体を埋め込んで平坦化した裏面全面に裏面電極を形
成しても、寄生容量の増大はそれほど大きくならない。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を説明する。 [実施の形態1]図1は、この発明の実施の形態による
半導体装置のレイアウトであり、図2は図1のA−A’
断面図、図3は同じく図1のB−B’断面図である。
【0012】この実施の形態では、n型GaN基板1
に、電界効果トランジスタとして、HEMT(High Ele
ctron Mobility Transistor)を形成した場合を示して
いる。即ち、n型GaN基板1には、MOCVD法によ
り、アンドープ(i型)GaN層2及びn型AlGaN
層3を順次エピタキシャル成長させる。エピタキシャル
成長層は全体として、数μm程度である。n型AlGa
N層3がトランジスタ活性層となるもので、i型GaN
層2との界面に二次元電子ガスによるチャネルが形成さ
れる。実際に素子領域として必要な範囲(図1の一点鎖
線で囲んだ領域)のみ残して、不要部分はエッチング除
去され、その除去部分には絶縁膜9aが埋め込まれる。
【0013】電界効果トランジスタがMESFET(Me
tal Semiconductor Field-Effect Transistor)の場合
には、n型AlGaN層3の部分は、n型GaN層とな
る。このn型GaN層3の表面に、ショットキー接触す
るゲート電極4、オーミック接触するソース電極5及び
ドレイン電極6を形成して、MESFETが構成され
る。
【0014】素子領域の外には、ゲート電極4、ソース
電極5及びドレイン電極6にそれぞれ対応する端子パッ
ド7が、メタル蒸着とエッチングにより形成される。ま
たゲート電極4、ソース電極5及びドレイン電極6とそ
れぞれ対応する端子パッド7の間は、メタル配線8によ
り接続される。この様に素子及び電極配線が形成された
面は、SiO2或いはSiN等のパシベーション膜9に
より覆われる。このパシベーション膜9の各端子パッド
7の上部には、開口10が形成される。
【0015】n型GaN基板1は、当初の厚みが数10
0μmである。この基板1の表面に上述のようにエピタ
キシャル成長を行い、素子を形成してパシベーション用
絶縁膜9bを形成した後に、裏面を研磨して、GaN基
板1の厚みは最終的に数10μm程度とされる。具体的
に研磨工程は、パシベーション膜9の面をワックス等を
用いてガラス基板等に接着した状態で行われる。そして
この様に薄型化したn型GaN基板1に、裏面からのエ
ッチングにより、ゲート電極4及びドレイン電極6に接
続される端子パッド7に対応する位置に、ホール11
が、少なくともi型GaN層2に達する深さに形成され
る。但し、i型GaN層11の一部がエッチングされて
もよい。
【0016】この実施の形態によると、信号入出力端子
となる端子パッド7の直下でn型GaN基板が除去され
ているため、端子パッド7の寄生容量が効果的に低減さ
れる。ホール11は、端子パッド7の直下に対向するn
型GaNがなくなるように、少なくとも各端子パッド7
の全体を臨むことができる大きさとすることが必要であ
るが、好ましくは、端子パッド7より大きくする。これ
により、パッド7に接続される配線8部の寄生容量も低
減される。
【0017】素子領域の寄生容量を低減するためには、
GaN基板1の素子領域直下にもホールを形成した方が
よい。しかし、電界効果トランジスタが電力用素子の場
合、GaN基板1は電界効果トランジスタで発生する熱
を放散する働きをする。特にGaNは、熱伝導度が2W
/cmKであって、Si(1.5W/cmK)やGaA
s(0.5W/cmK)より大きく、放熱にとって基板
の存在が重要である。この意味で、ホール11は、素子
領域にはかからないように形成することが好ましい。
【0018】この発明は、GaN系半導体装置に特有の
問題を解決したものである。従来、高周波用半導体素子
としてGaAs系半導体素子がよく知られているが、こ
の場合、半絶縁性GaAs基板を用いることにより、素
子やパッドと基板との間に生じる寄生容量は問題になら
ない。GaNの場合には、半絶縁性基板が得られず、現
状ではn型GaN基板を用いる他はない。また、GaN
基板に形成されるエピタキシャル成長層は、せいぜい数
μmから数10μmの厚さである。そうすると、エピタ
キシャル層上に形成した素子の端子パッドは、数μm程
度のギャップをもってn型GaN基板に対向することに
なる。
【0019】通常、n型GaN基板は、ベッドにマウン
トされて、接地電位に電位固定されるから、端子パッド
はGaAs基板を用いた場合と比べて、桁違いに大きな
容量を持つことになる。これはGaN系素子の高速動作
を妨げる。これに対してこの実施の形態によれば、端子
パッドに対向する部分でGaN基板が除去されているた
めに、端子パッドの寄生容量が効果的に低減され、従っ
て高速動作が可能になる。
【0020】[実施の形態2]図4は、別の実施の形態
による半導体装置の断面構造を、先の実施の形態の図2
に対応させて示している。先の実施の形態と対応する部
分には先の実施の形態と同一符号を付して詳細な説明は
省く。この実施の形態では、電界効果トランジスタが大
電流を流す電力用であって、ソースインピーダンス低減
のために、n型GaN基板1の裏面に裏面電極22が形
成される場合を示している。
【0021】裏面電極22は、n型GaN基板1及びi
型GaN層2を貫通するように形成されたバイアホール
21を介して、i型GaN層2の上に形成されたバイア
ホール接続用電極24に接続される。この電極24は、
図では省略したが、電界効果トランジスタのソースに接
続されるものであり、例えば端子パッド7と同時に同じ
メタル材料を用いて形成することができる。そしてこの
実施の形態においては、裏面電極22は、端子パッドの
容量低減のために形成されたホール11の内部には形成
されないようにしている。
【0022】もし、裏面電極22をホール11内にも形
成すると、端子パッド7は小さいギャップで裏面電極2
2に対向することになり、ホール11を形成した意味が
なくなる。この実施の形態によると、裏面電極22をホ
ール11を除く領域に形成することによって、端子パッ
ド7の寄生容量低減の効果が阻害されない。従って、こ
の実施の形態による電力用電界効果トランジスタは、ソ
ースインピーダンスの低減により、動作の安定性を保持
しながら、高周波動作が可能となる。
【0023】[実施の形態3]図5は、図4の実施の形
態を変形した実施の形態の構造を示している。この実施
の形態では、端子パッド7の直下に形成したホール11
に絶縁体23を埋め込んで、GaN基板1の裏面を平坦
化している。そして裏面電極22は、埋め込まれた絶縁
体23を覆って、GaN基板1の裏面全面に形成してい
る。
【0024】この様にホール11を絶縁体23で埋め込
めば、裏面電極22を全面に形成しても、端子パッド7
と裏面電極22の間には大きな厚みの絶縁体が入るか
ら、端子パッド7の寄生容量は小さく抑えられる。
【0025】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、端
子パッドの位置でn型GaN基板にホールを形成するこ
とにより、電界効果トランジスタの各端子の寄生容量を
効果的に低減することができ、GaN系電界効果トラン
ジスタの高速動作が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態による半導体装置の平面
図である。
【図2】図1のA−A’断面図である。
【図3】図1のB−B’断面図である。
【図4】他の実施の形態による半導体装置の図2に対応
する断面図である。
【図5】他の実施の形態による半導体装置の図2に対応
する断面図である。
【符号の説明】
1…n型GaN基板、2…i型GaN層、3…n型Ga
N層、4…ゲート電極、5…ソース電極、6…ドレイン
電極、7…端子パッド、8…配線、9a,9b…絶縁
膜、10…開口、11…ホール、21…バイアホール、
22…裏面電極、23…絶縁体、24…バイアホール接
続用電極。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n型GaN基板と、 このn型GaN基板の表面にエピタキシャル成長させた
    GaN系半導体層と、 このGaN系半導体層に形成された電界効果トランジス
    タと、 この電界効果型トランジスタの領域の外に配置されてソ
    ース、ドレイン及びゲート電極にそれぞれ接続される端
    子パッドとを有し、 前記n型GaN基板のゲート及びドレイン電極に接続さ
    れている各端子パッドの位置に、裏面から少なくとも前
    記GaN系半導体層に達する深さをもってホールが形成
    されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記ホールは、対応する端子パッドより
    大きく且つ、電界効果トランジスタの領域にかからない
    ように形成されていることを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記n型GaN基板の裏面の前記ホール
    の位置を除く領域に裏面電極が形成されていることを特
    徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記ホールに絶縁体が埋め込まれて、前
    記n型GaN基板の裏面全面に裏面電極が形成されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
JP2001067088A 2001-03-09 2001-03-09 半導体装置 Pending JP2002270822A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001067088A JP2002270822A (ja) 2001-03-09 2001-03-09 半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001067088A JP2002270822A (ja) 2001-03-09 2001-03-09 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002270822A true JP2002270822A (ja) 2002-09-20

Family

ID=18925489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001067088A Pending JP2002270822A (ja) 2001-03-09 2001-03-09 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002270822A (ja)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004342810A (ja) * 2003-05-15 2004-12-02 Fujitsu Ltd 化合物半導体装置
JP2006108679A (ja) * 2004-10-01 2006-04-20 Internatl Rectifier Corp 電流検出電極を有するiii族窒化物半導体装置
US7078743B2 (en) 2003-05-15 2006-07-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field effect transistor semiconductor device
JP2006245317A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Fujitsu Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2007059589A (ja) * 2005-08-24 2007-03-08 Toshiba Corp 窒化物半導体素子
WO2015188677A1 (zh) * 2014-06-11 2015-12-17 华为技术有限公司 一种hemt器件及制备方法
JPWO2013161138A1 (ja) * 2012-04-26 2015-12-21 パナソニックIpマネジメント株式会社 半導体装置および電力変換装置
JP6165368B1 (ja) * 2016-07-25 2017-07-19 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2020109794A (ja) * 2019-01-04 2020-07-16 株式会社東芝 半導体装置
CN112236844A (zh) * 2018-06-05 2021-01-15 镁可微波技术有限公司 硅上氮化镓器件中的寄生电容降低
CN113053842A (zh) * 2021-02-08 2021-06-29 浙江大学 GaN器件结构及其制备方法
WO2022102137A1 (ja) * 2020-11-16 2022-05-19 三菱電機株式会社 トランジスタ
WO2024084621A1 (ja) * 2022-10-19 2024-04-25 三菱電機株式会社 半導体装置

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7078743B2 (en) 2003-05-15 2006-07-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field effect transistor semiconductor device
US7339207B2 (en) 2003-05-15 2008-03-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device including a group III-V nitride semiconductor
JP2004342810A (ja) * 2003-05-15 2004-12-02 Fujitsu Ltd 化合物半導体装置
JP2006108679A (ja) * 2004-10-01 2006-04-20 Internatl Rectifier Corp 電流検出電極を有するiii族窒化物半導体装置
JP2006245317A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Fujitsu Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2007059589A (ja) * 2005-08-24 2007-03-08 Toshiba Corp 窒化物半導体素子
JPWO2013161138A1 (ja) * 2012-04-26 2015-12-21 パナソニックIpマネジメント株式会社 半導体装置および電力変換装置
WO2015188677A1 (zh) * 2014-06-11 2015-12-17 华为技术有限公司 一种hemt器件及制备方法
JP6165368B1 (ja) * 2016-07-25 2017-07-19 三菱電機株式会社 半導体装置
WO2018020549A1 (ja) * 2016-07-25 2018-02-01 三菱電機株式会社 半導体装置
US10797141B2 (en) 2016-07-25 2020-10-06 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
US12266523B2 (en) 2018-06-05 2025-04-01 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Parasitic capacitance reduction in GaN-on-silicon devices
CN112236844A (zh) * 2018-06-05 2021-01-15 镁可微波技术有限公司 硅上氮化镓器件中的寄生电容降低
JP2020109794A (ja) * 2019-01-04 2020-07-16 株式会社東芝 半導体装置
JP7193349B2 (ja) 2019-01-04 2022-12-20 株式会社東芝 半導体装置
WO2022102137A1 (ja) * 2020-11-16 2022-05-19 三菱電機株式会社 トランジスタ
JP7456517B2 (ja) 2020-11-16 2024-03-27 三菱電機株式会社 トランジスタ
CN113053842B (zh) * 2021-02-08 2023-11-10 浙江大学 GaN器件结构及其制备方法
CN113053842A (zh) * 2021-02-08 2021-06-29 浙江大学 GaN器件结构及其制备方法
WO2024084621A1 (ja) * 2022-10-19 2024-04-25 三菱電機株式会社 半導体装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5396784B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US9117896B2 (en) Semiconductor device with improved conductivity
CN103311244B (zh) 半导体器件及用于制造半导体器件的方法
CN109037066B (zh) 半导体器件及其制造方法
US9064928B2 (en) Growth of multi-layer group III-nitride buffers on large-area silicon substrates and other substrates
JP7217808B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2002270822A (ja) 半導体装置
US8026581B2 (en) Gallium nitride material devices including diamond regions and methods associated with the same
US20120032185A1 (en) LEAKAGE BARRIER FOR GaN BASED HEMT ACTIVE DEVICE
JP2011040597A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP5280611B2 (ja) 半導体デバイスの製造方法、および得られるデバイス
JP2004319552A (ja) フリップチップ型対面電極hemt
US5273929A (en) Method of manufacture transistor having gradient doping during lateral epitaxy
CN109037067A (zh) 半导体器件及其制造方法
CN114365277A (zh) 热诱导弓曲减少的半导体结构
JP2024534319A (ja) 基板凹所を組み込んだ半導体デバイス
WO2023124246A1 (zh) 一种横向场效应管及其制备方法
JP2629600B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2010245350A (ja) 半導体装置
KR20250066396A (ko) 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법
JP3393797B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JP2549795B2 (ja) 化合物半導体集積回路及びその製造方法
CN116417509A (zh) 半导体器件及其制造方法
JPH065633A (ja) 半導体装置
JPS6250991B2 (ja)