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JP2011176009A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2011176009A
JP2011176009A JP2010037297A JP2010037297A JP2011176009A JP 2011176009 A JP2011176009 A JP 2011176009A JP 2010037297 A JP2010037297 A JP 2010037297A JP 2010037297 A JP2010037297 A JP 2010037297A JP 2011176009 A JP2011176009 A JP 2011176009A
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JP
Japan
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gate
semi
insulating substrate
electrode
gate electrode
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Pending
Application number
JP2010037297A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Kimura
英樹 木村
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
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Priority to US13/187,954 priority patent/US8384137B2/en
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device for suppressing a leakage current, even when a negative voltage is applied to a gate pad formed on a semi-insulating substrate and a positive voltage is applied to a back electrode formed on the backside of the semi-insulating substrate. <P>SOLUTION: A plurality of gate electrodes 15 formed in parallel on the surface of the semi-insulating substrate 11 with the back electrode 10 formed thereon are connected to gate electrode connections 21, and also the gate electrode connections 21 are divided into a plurality of parts concerning a semiconductor device. The semiconductor device includes: n-type resistance layers 22 formed on the surface of the semi-insulating substrate 11 between the gate electrode connections 21; p-type impurity layers 23 for covering the circumferences of the n-type resistance layers 22; and n-type impurity layers 24 which cover the circumferences of the p-type impurity layers 23 and are formed at a desired concentration. The gate pad 29 is formed to connect the gate electrode connections 21 to extraction electrodes 25 on the n-type resistance layers 22 adjacent to the gate electrode connections 21. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板上に複数のトランジスタが並列に形成された半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device in which a plurality of transistors are formed in parallel on a substrate.

優れた高周波特性を有し、高利得が可能な従来の半導体装置は、GaAs等の半絶縁性化合物半導体基板(以下、半絶縁性基板と称す)上に複数の電界効果トランジスタ(以下、FETと称す)が並列に設けられた構成である。この半導体装置において、各FETを構成する各電極(ドレイン電極、ソース電極、ゲート電極)は、それぞれ各電極接続部(ドレイン電極接続部、ソース電極接続部、ゲート電極接続部)に接続されている。また、FETが形成された半絶縁性基板上には、各電極接続部がそれぞれ露出するように絶縁膜が形成されており、この露出された各電極接続部上には、それぞれ電極パッド(ドレインパッド、ソースパッド、ゲートパッド)が形成されている。また、半絶縁性基板の裏面には、半絶縁性基板を貫通してソースパッドに電気的に接続された裏面電極が設けられている。   A conventional semiconductor device having excellent high-frequency characteristics and capable of high gain includes a plurality of field effect transistors (hereinafter referred to as FETs) on a semi-insulating compound semiconductor substrate (hereinafter referred to as a semi-insulating substrate) such as GaAs. Are provided in parallel. In this semiconductor device, each electrode (drain electrode, source electrode, gate electrode) constituting each FET is connected to each electrode connection portion (drain electrode connection portion, source electrode connection portion, gate electrode connection portion). . An insulating film is formed on the semi-insulating substrate on which the FET is formed so that each electrode connection portion is exposed, and an electrode pad (drain) is formed on each exposed electrode connection portion. Pad, source pad, and gate pad). Further, on the back surface of the semi-insulating substrate, a back electrode that penetrates the semi-insulating substrate and is electrically connected to the source pad is provided.

このような半導体装置に高周波信号が入力されると、装置内においてループ発振が生じ、所望の周波数以外の周波数の信号が増幅されるといった不具合が生じる。ここで、ループ発振とは、装置内において電気的に閉じられた経路に、この経路の長さに応じた周波数の定在波が生じる現象である。   When a high-frequency signal is input to such a semiconductor device, a loop oscillation occurs in the device, causing a problem that a signal having a frequency other than a desired frequency is amplified. Here, the loop oscillation is a phenomenon in which a standing wave having a frequency corresponding to the length of this path is generated in an electrically closed path in the apparatus.

そこで、従来は、ゲート電極接続部が複数に分割されるとともに、半絶縁性基板表面において、これらのゲート電極接続部の間の位置に、例えば比較的高濃度のn型の抵抗層が帯状に形成されており、ゲートパッドは、ゲート電極接続部と、抵抗層の表面上に形成されたオーム性電極とが接続されるように形成されていた。(特許文献1、2等参照)。   Therefore, conventionally, the gate electrode connection portion is divided into a plurality of parts, and a relatively high-concentration n-type resistance layer, for example, is formed in a strip shape at a position between these gate electrode connection portions on the surface of the semi-insulating substrate The gate pad is formed so that the gate electrode connecting portion and the ohmic electrode formed on the surface of the resistance layer are connected. (See Patent Documents 1 and 2).

上述の構成において、ゲート電極接続部を複数に分割することにより、装置内において電気的に閉じられた経路の長さが短くなるため、定在波の発生が抑制され、ループ発振が抑制される。   In the above-described configuration, by dividing the gate electrode connection portion into a plurality of parts, the length of the electrically closed path in the device is shortened, so that the generation of standing waves is suppressed and loop oscillation is suppressed. .

さらに、上述の構成において、ゲートパッド間に電位差が生じた場合であっても、抵抗層が電位差に基づく不用電力を吸収するため、ゲートパッド間の電位差を小さくすることができる。その結果、各FETを均一に動作させることができる。   Further, in the above structure, even when a potential difference is generated between the gate pads, the resistance layer absorbs unnecessary power based on the potential difference, so that the potential difference between the gate pads can be reduced. As a result, each FET can be operated uniformly.

特開平4−45547号公報JP-A-4-45547 特開2001−274415号公報JP 2001-274415 A

上述の半導体装置において、ゲートパッドにマイナスの電位が印加されるとともに、裏面電極が0Vである場合、ゲート電極接続部と裏面電極との間に、抵抗層を介してリーク電流が発生する問題がある。この結果、半導体装置の性能は劣化する。   In the semiconductor device described above, when a negative potential is applied to the gate pad and the back electrode is 0 V, there is a problem in that a leakage current is generated between the gate electrode connection portion and the back electrode via the resistance layer. is there. As a result, the performance of the semiconductor device deteriorates.

一方で、上述の半導体装置においては、FETで発生した熱を効率的に外部に放射させることが必要であり、これを実現するためには、一般に半絶縁性基板を薄くすればよいことが知られている。しかし、高効率な放熱効果を得るために半絶縁性基板を薄くすると、上述のリーク電流量が増し、これによっても半導体装置の性能は劣化する。   On the other hand, in the semiconductor device described above, it is necessary to efficiently radiate the heat generated in the FET to the outside. In order to realize this, it is generally known that the semi-insulating substrate should be thin. It has been. However, if the semi-insulating substrate is made thin in order to obtain a high-efficiency heat dissipation effect, the amount of leakage current described above increases, which also deteriorates the performance of the semiconductor device.

そこで、本発明は、抵抗層に電気的に接続されるゲート電極パッドにマイナスの電圧が印加されるとともに、裏面電極が0Vの場合であっても、リーク電流の発生を抑制することが可能な半導体装置を提供することにある。   Therefore, according to the present invention, a negative voltage is applied to the gate electrode pad electrically connected to the resistance layer, and the occurrence of leakage current can be suppressed even when the back electrode is 0V. It is to provide a semiconductor device.

本発明による半導体装置は、半絶縁性基板上に交互に形成された複数のドレイン電極、及び複数のソース電極と、これらのドレイン電極とソース電極との間にそれぞれ形成された複数のゲート電極と、これらのゲート電極に接続された複数のゲート電極接続部と、これらのゲート電極接続部の間に形成された複数の引き出し電極と、前記複数のドレイン電極に電気的に接続されたドレインパッド、前記複数のソース電極に電気的に接続されたソースパッド、前記複数のゲート電極接続部、および前記複数の引き出し電極が露出するように、前記半絶縁性基板上に形成された絶縁膜と、前記ゲート電極接続部、およびこの電極接続部に隣接する前記引き出し電極に接触するようにそれぞれ形成された複数のゲートパッドと、それぞれの前記ゲート電極接続部間に形成された前記複数の引き出し電極に接触するように、前記半絶縁性基板に形成された第1導電型の抵抗層と、この抵抗層の下面を含む周囲を覆うように前記半絶縁性基板に形成された第2導電型の第1の不純物層と、この第1の不純物層の下面を含む周囲を覆うように前記半絶縁性基板に形成された第1導電型の第2の不純物層と、前記半絶縁性基板の裏面に形成され、前記ソースパッドに電気的に接続された裏面電極と、を具備し、前記第1の不純物層および前記第2の不純物層の不純物濃度は、前記ゲートパッドにマイナスの電圧が印加されるとともに、前記裏面電極が0Vである場合に、これらの不純物層の間に電圧がかかり、かつ、前記抵抗層と前記第1の不純物層との間に電位障壁が形成される濃度であることを特徴とするものである。   A semiconductor device according to the present invention includes a plurality of drain electrodes and a plurality of source electrodes alternately formed on a semi-insulating substrate, and a plurality of gate electrodes formed between the drain electrodes and the source electrodes, respectively. A plurality of gate electrode connecting portions connected to these gate electrodes, a plurality of lead electrodes formed between these gate electrode connecting portions, and a drain pad electrically connected to the plurality of drain electrodes, An insulating film formed on the semi-insulating substrate so that a source pad electrically connected to the plurality of source electrodes, the plurality of gate electrode connection portions, and the plurality of lead electrodes are exposed; A plurality of gate pads respectively formed so as to contact the gate electrode connecting portion and the lead electrode adjacent to the electrode connecting portion; The first conductive type resistance layer formed on the semi-insulating substrate so as to be in contact with the plurality of lead electrodes formed between the electrode connection portions, and the periphery including the lower surface of the resistance layer so as to cover the periphery The first conductivity type first impurity layer formed on the semi-insulating substrate so as to cover the first impurity layer of the second conductivity type formed on the semi-insulating substrate and the periphery including the lower surface of the first impurity layer. 2 impurity layers and a back electrode formed on the back surface of the semi-insulating substrate and electrically connected to the source pad. Impurities in the first impurity layer and the second impurity layer The concentration is such that when a negative voltage is applied to the gate pad and the back electrode is 0 V, a voltage is applied between these impurity layers, and the resistance layer and the first impurity layer The concentration at which a potential barrier is formed between It is an feature.

本発明の半導体装置によれば、複数に分割されたゲート電極接続部間の抵抗層の周囲に、所望の不純物濃度の不純物層が形成される。これにより、ゲート電極接続部上の電極パッドにはマイナスの電圧が印加されるとともに、裏面電極が0Vの場合であっても、抵抗層と不純物層に電位障壁が形成される。従って、ゲート電極パッドにマイナスの電圧が印加されるとともに裏面電極が0Vの場合であっても、この電位差に基づいて発生するリーク電流を抑制することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, the impurity layer having a desired impurity concentration is formed around the resistance layer between the gate electrode connection portions divided into a plurality of parts. Thereby, a negative voltage is applied to the electrode pad on the gate electrode connecting portion, and a potential barrier is formed in the resistance layer and the impurity layer even when the back electrode is 0V. Therefore, even when a negative voltage is applied to the gate electrode pad and the back electrode is 0 V, the leakage current generated based on this potential difference can be suppressed.

本発明の実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。It is a top view which shows the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 図1の一点鎖線A−A´に沿って示す断面図である。It is sectional drawing shown along the dashed-dotted line AA 'of FIG. 図1の一部を拡大して示す上面図である。It is a top view which expands and shows a part of FIG. 図2の一点鎖線B−B´に沿った断面と、この断面によって形成されるポテンシャルとの関係を示し、同図(a)は断面の一部を帯状に示す断面図であり、同図(b)はポテンシャルを示す図である。FIG. 2 shows a relationship between a cross section taken along one-dot chain line BB ′ in FIG. 2 and a potential formed by this cross section, and FIG. 2A is a cross sectional view showing a part of the cross section in a band shape. b) is a diagram showing the potential. 図2の一点鎖線B−B´に沿った断面と、この断面によって形成されるポテンシャルとの関係を示し、同図(a)は断面の一部を帯状に示す断面図であり、同図(b)はポテンシャルを示す図である。FIG. 2 shows a relationship between a cross section taken along one-dot chain line BB ′ in FIG. 2 and a potential formed by this cross section, and FIG. 2A is a cross sectional view showing a part of the cross section in a band shape. b) is a diagram showing the potential.

以下に、本発明の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置を示す上面図である。図1に示すように、本実施形態の半導体装置は、半絶縁性基板11の表面上には、複数のトランジスタとして、例えば複数の電界効果トランジスタ12(以下、FET12と称す)が並列に配列形成されている。また、半絶縁性基板11の裏面上には、例えばTi層が形成されており、このTi層を介した半絶縁性基板11の裏面上には例えばAu層が形成されている。これらのTi層とAu層とにより、裏面電極10(図1においては図示せず)が形成されている。なお、半絶縁積基板11は、例えばGaAs基板等の高周波特性に優れた材料により形成された化合物半導体基板である。   FIG. 1 is a top view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the semiconductor device of this embodiment, a plurality of field effect transistors 12 (hereinafter referred to as FETs 12), for example, are arranged in parallel on the surface of a semi-insulating substrate 11 as a plurality of transistors. Has been. Further, a Ti layer, for example, is formed on the back surface of the semi-insulating substrate 11, and an Au layer, for example, is formed on the back surface of the semi-insulating substrate 11 via the Ti layer. A back electrode 10 (not shown in FIG. 1) is formed by the Ti layer and the Au layer. The semi-insulating substrate 11 is a compound semiconductor substrate formed of a material having excellent high frequency characteristics such as a GaAs substrate.

各FET12は、それぞれ互いに平行なドレイン電極13、ソース電極14およびゲート電極15を備えており、ドレイン電極13とソース電極14との間にゲート電極15が形成されている。これらの各電極13、14、15は、それぞれ半絶縁性基板11に帯状に形成された素子領域16上を横切るように形成されている。なお、素子領域16とは、例えばFET12が所望の動作をするように適宜形成された領域である。   Each FET 12 includes a drain electrode 13, a source electrode 14, and a gate electrode 15 that are parallel to each other, and a gate electrode 15 is formed between the drain electrode 13 and the source electrode 14. Each of these electrodes 13, 14, 15 is formed so as to cross over the element region 16 formed in a strip shape on the semi-insulating substrate 11. The element region 16 is a region appropriately formed so that, for example, the FET 12 performs a desired operation.

ここで、例えば図1に示されるFET12に着目する。このとき、このFET12と、これに隣接する左側のFET12とは、互いのソース電極14を共有するように形成されている。さらに、図1に示されるFET12と、これに隣接する右側のFET12とは、互いのドレイン電極13を共有するように形成されている。このように、複数のFET12は、隣接するFETと互いにソース電極14若しくはドレイン電極13を共有するように配列されている。なお、ドレイン電極13およびソース電極14は、例えば、AuGe、Ptがこの順で積層されたオーミック金属により形成されている。また、ゲート電極15は、例えば、Al、Tiがこの順で積層されたショットキー金属により形成されている。なお、ゲート電極15は、Ti、Al、Tiがこの順で積層されたショットキー金属であってもよい。このように、最上層をTi層とすると、ゲート電極15上に、例えば絶縁膜(図示せず)を形成する場合には、ゲート電極15と絶縁膜(図示せず)との密着性を向上させることができる。   Here, for example, attention is focused on the FET 12 shown in FIG. At this time, the FET 12 and the left FET 12 adjacent thereto are formed so as to share the source electrode 14 with each other. Further, the FET 12 shown in FIG. 1 and the right-side FET 12 adjacent thereto are formed so as to share the drain electrode 13. Thus, the plurality of FETs 12 are arranged so as to share the source electrode 14 or the drain electrode 13 with adjacent FETs. The drain electrode 13 and the source electrode 14 are made of, for example, ohmic metal in which AuGe and Pt are stacked in this order. The gate electrode 15 is made of, for example, a Schottky metal in which Al and Ti are stacked in this order. The gate electrode 15 may be a Schottky metal in which Ti, Al, and Ti are stacked in this order. Thus, when the uppermost layer is a Ti layer, for example, when an insulating film (not shown) is formed on the gate electrode 15, the adhesion between the gate electrode 15 and the insulating film (not shown) is improved. Can be made.

上述の複数のドレイン電極13は、半絶縁性基板11上に形成されたドレイン電極接続部17に接続されている。同様に、複数のソース電極14は、半絶縁性基板11上に形成されたソース電極接続部18に接続されている。また、複数のゲート電極15は、半絶縁性基板11上に形成されたゲートバスライン19に接続されている。このゲートバスライン19は、複数の引き出しライン20を介してゲート電極接続部21に接続されている。このように複数のゲート電極15は、ゲート電極接続部21に電気的に接続されている。なお、ドレイン電極接続部17は、複数のドレイン電極13と同一材料により一体的に形成されたものである。同様に、ソース電極接続部18は、複数のソース電極14と同一材料により一体的に形成されたものである。また、ゲート電極接続部21、ゲートバスライン19および複数の引き出しライン20は、複数のゲート電極15と同一材料により一体的に形成されたものである。   The plurality of drain electrodes 13 described above are connected to a drain electrode connection portion 17 formed on the semi-insulating substrate 11. Similarly, the plurality of source electrodes 14 are connected to a source electrode connection portion 18 formed on the semi-insulating substrate 11. The plurality of gate electrodes 15 are connected to a gate bus line 19 formed on the semi-insulating substrate 11. The gate bus line 19 is connected to the gate electrode connection portion 21 through a plurality of lead lines 20. Thus, the plurality of gate electrodes 15 are electrically connected to the gate electrode connection portion 21. The drain electrode connecting portion 17 is integrally formed of the same material as the plurality of drain electrodes 13. Similarly, the source electrode connection portion 18 is integrally formed of the same material as the plurality of source electrodes 14. Further, the gate electrode connection portion 21, the gate bus line 19, and the plurality of lead lines 20 are integrally formed of the same material as the plurality of gate electrodes 15.

ドレイン電極接続部17、ソース電極接続部18、ゲートバスライン19、複数の引き出しライン20および、ゲート電極接続部21は、それぞれ半絶縁性基板11上における素子領域16外に形成されている。このうち、ドレイン電極接続部17は、素子領域16の長手方向に沿って形成されている。また、ソース電極接続部18は、素子領域16を間に介してドレイン電極接続部17に対向する位置に、素子領域16の長手方向に沿って形成されている。さらに、ゲートバスライン19は、ソース電極接続部18と素子領域16との間の位置に、素子領域16の長手方向に沿って形成されており、ゲート電極接続部21は、ソース電極接続部18を間に介してゲートバスライン19に対向する位置に、素子領域16の長手方向に沿って形成されている。そして、複数の引き出しライン20は、ゲートバスライン19とゲート電極接続部21との間に、これらの長手方向に対して垂直方向に形成されており、これらの引き出しライン20により、ゲートバスライン19とゲート電極接続部21とは電気的に接続されている。   The drain electrode connection portion 17, the source electrode connection portion 18, the gate bus line 19, the plurality of lead lines 20, and the gate electrode connection portion 21 are each formed outside the element region 16 on the semi-insulating substrate 11. Among these, the drain electrode connection portion 17 is formed along the longitudinal direction of the element region 16. Further, the source electrode connecting portion 18 is formed along the longitudinal direction of the element region 16 at a position facing the drain electrode connecting portion 17 with the element region 16 therebetween. Furthermore, the gate bus line 19 is formed along the longitudinal direction of the element region 16 at a position between the source electrode connection 18 and the element region 16, and the gate electrode connection 21 is connected to the source electrode connection 18. Is formed along the longitudinal direction of the element region 16 at a position facing the gate bus line 19 with a gap therebetween. The plurality of lead lines 20 are formed between the gate bus line 19 and the gate electrode connection portion 21 in a direction perpendicular to the longitudinal direction thereof. And the gate electrode connection portion 21 are electrically connected.

なお、複数のソース電極14は、ゲートバスライン19と交差する位置において、互いに電気的に絶縁されるように形成されている。同様に、ソース電極接続部18は、複数の引き出しライン20と交差する位置において、互いに電気的に絶縁されるように形成されている。具体的には、例えば、複数のソース電極14は、ゲートバスライン19上にエアブリッジ状に形成される。または、ゲートバスライン19上に絶縁物を介して形成される。ソース電極接続部18も同様である。   The plurality of source electrodes 14 are formed so as to be electrically insulated from each other at positions intersecting the gate bus lines 19. Similarly, the source electrode connection portion 18 is formed so as to be electrically insulated from each other at a position intersecting with the plurality of lead lines 20. Specifically, for example, the plurality of source electrodes 14 are formed in an air bridge shape on the gate bus line 19. Alternatively, it is formed on the gate bus line 19 via an insulator. The same applies to the source electrode connecting portion 18.

ここで、ゲートバスライン19および、ゲート電極接続部21は、複数に分割されて形成されている。ゲート電極接続部21の分割数は、装置に入力される高周波信号の搬送波周波数に応じて適宜決定される。図1においては、ゲートバスライン19およびゲート電極接続部21を2個に分割した例を示しているが、実際には、例えば、全部で100個〜200個程度のFET12が形成された装置に、10GHzのRF信号が入力される場合、ゲートバスライン19およびゲート電極接続部21は、例えば数個〜数十個程度に分割される。   Here, the gate bus line 19 and the gate electrode connection portion 21 are divided into a plurality of parts. The number of divisions of the gate electrode connection portion 21 is appropriately determined according to the carrier frequency of the high frequency signal input to the device. Although FIG. 1 shows an example in which the gate bus line 19 and the gate electrode connection portion 21 are divided into two parts, actually, for example, in a device in which about 100 to 200 FETs 12 are formed in total. When a 10 GHz RF signal is input, the gate bus line 19 and the gate electrode connection portion 21 are divided into, for example, several to several tens.

以下に、ゲート電極接続部21の分割された部分を、図2を参照して説明する。図2は、図1の一点鎖線A−A´に沿って示す断面図である。図2に示すように、複数に分割されたゲート電極接続部21の間において、半絶縁性基板11の表面には、帯状の抵抗層22が形成されている。この抵抗層22は、例えば、比較的高濃度のn型の不純物層である。また、半絶縁性基板11には、この抵抗層22の側面および下面を覆い、一部が半絶縁性基板11から露出するように、p型不純物層23が形成されている。さらに、半絶縁性基板11には、このp型不純物層23の側面および下面を覆い、一部が半絶縁性基板11から露出するように、n型不純物層23が形成されている。   Below, the divided | segmented part of the gate electrode connection part 21 is demonstrated with reference to FIG. 2 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 2, a strip-shaped resistance layer 22 is formed on the surface of the semi-insulating substrate 11 between the gate electrode connection portions 21 divided into a plurality of portions. The resistance layer 22 is, for example, a relatively high concentration n-type impurity layer. Further, the p-type impurity layer 23 is formed on the semi-insulating substrate 11 so as to cover the side surface and the lower surface of the resistance layer 22 and to be partially exposed from the semi-insulating substrate 11. Further, the n-type impurity layer 23 is formed on the semi-insulating substrate 11 so as to cover the side surface and the lower surface of the p-type impurity layer 23 and to be partially exposed from the semi-insulating substrate 11.

図3は、p型不純物層23およびn型不純物層24をさらに詳しく説明するために、図1の一部を拡大して示す上面図である。図3に示すように、p型不純物層23は、抵抗層22の周囲を覆うように形成され、n型不純物層24は、p型不純物層23の周囲を覆うように形成されている。   FIG. 3 is an enlarged top view showing a part of FIG. 1 in order to explain the p-type impurity layer 23 and the n-type impurity layer 24 in more detail. As shown in FIG. 3, the p-type impurity layer 23 is formed so as to cover the periphery of the resistance layer 22, and the n-type impurity layer 24 is formed so as to cover the periphery of the p-type impurity layer 23.

これらの抵抗層22、p型不純物層23およびn型不純物層24は、例えば、n型不純物層24、p型不純物層23、抵抗層22の順で、所望のイオンを、半絶縁性基板11の所定の位置にドーピングすることにより形成されるが、必ずしもこの順である必要はない。形成されたn型不純物層24およびp型不純物層23の不純物濃度は、後述するゲートパッド29にマイナスの電圧を印加し、裏面電極10が0Vである場合に、これらの間に電圧がかかり、かつ、抵抗層22とp型不純物層23との間に電位障壁が形成されるように定められた濃度である。   The resistance layer 22, the p-type impurity layer 23, and the n-type impurity layer 24 are formed, for example, in the order of the n-type impurity layer 24, the p-type impurity layer 23, and the resistance layer 22. However, this order is not necessarily required. The impurity concentration of the formed n-type impurity layer 24 and p-type impurity layer 23 is such that when a negative voltage is applied to a gate pad 29 described later and the back electrode 10 is 0 V, a voltage is applied between them, In addition, the concentration is determined so that a potential barrier is formed between the resistance layer 22 and the p-type impurity layer 23.

以上のように形成された抵抗層22上には、図2に示されるように、抵抗層22に対してオーム性となるオーミック金属からなる引き出し電極25が形成されている。さらに、図1に示される複数のFET12、各電極接続部17、18、21および引き出し電極25が形成された半絶縁性基板11上には、ドレイン電極接続部17、ゲート電極接続部21、および引き出し電極25が表面に露出するとともに、後述するソースパッド28が形成される領域に開口を有する保護膜26が形成されている。保護膜26は、例えば窒化珪素(SiN)、酸化珪素(SiO)からなるものであり、例えば200nm程度の厚みを有している。そして、保護膜26の開口部分には、それぞれ電極パッドが形成されている。すなわち、ドレイン電極接続部17上にはドレインパッド27が形成されており、ソース電極接続部18に接するように、複数のソースパッド28が形成されている。なお、複数のソースパッド28は、ソース電極接続部18と同時に一体的に形成されるものである。 On the resistance layer 22 formed as described above, an extraction electrode 25 made of an ohmic metal having ohmic properties with respect to the resistance layer 22 is formed as shown in FIG. Further, on the semi-insulating substrate 11 on which the plurality of FETs 12, the electrode connection parts 17, 18, 21 and the extraction electrode 25 shown in FIG. The lead electrode 25 is exposed on the surface, and a protective film 26 having an opening is formed in a region where a source pad 28 described later is formed. The protective film 26 is made of, for example, silicon nitride (SiN) or silicon oxide (SiO 2 ), and has a thickness of about 200 nm, for example. Electrode pads are respectively formed in the opening portions of the protective film 26. That is, a drain pad 27 is formed on the drain electrode connection portion 17, and a plurality of source pads 28 are formed so as to be in contact with the source electrode connection portion 18. The plurality of source pads 28 are integrally formed simultaneously with the source electrode connecting portion 18.

上述のソースパッド28は、半絶縁性基板11を貫通するスルーホール(図示せず)を介して裏面電極10に電気的に接続されている。   The above-described source pad 28 is electrically connected to the back electrode 10 through a through hole (not shown) penetrating the semi-insulating substrate 11.

そして、図2に示すように、ゲート電極接続部21上から、この接続部21に隣接する引き出し電極25上を含む位置まで、ゲートパッド29が延長形成されている。従って、それぞれのゲートパッド29により、複数に分割されたそれぞれのゲート電極接続部21と、この接続部21に隣接する引き出し電極25とが電気的に接続される。さらに、複数に分割されたそれぞれのゲート電極接続部21は、各ゲートパッド29、引き出し電極25および抵抗層22を介して、それぞれ電気的に接続される。   As shown in FIG. 2, the gate pad 29 is extended from the gate electrode connection portion 21 to a position including the extraction electrode 25 adjacent to the connection portion 21. Accordingly, each gate electrode connection portion 21 divided into a plurality of portions and the extraction electrode 25 adjacent to the connection portion 21 are electrically connected by each gate pad 29. Further, each of the divided gate electrode connection portions 21 is electrically connected via each gate pad 29, the extraction electrode 25, and the resistance layer 22.

なお、上述の半導体装置の製造方法については、各構成が、一般的に知られた方法により形成さればよく、各構成の製造方法および、製造の順番等は限定されない。   In addition, about the manufacturing method of the above-mentioned semiconductor device, each structure should just be formed by the method generally known, and the manufacturing method of each structure, the order of manufacture, etc. are not limited.

ここで、ゲートパッド29に電圧が印加されない場合において、各層22、23、24によって形成されるポテンシャルは、図4に示すように形成される。図4は、図2の一点鎖線B−B´に沿った断面とこの断面によって形成されるポテンシャルとの関係を示している。同図(a)は断面の一部を帯状に示す断面図であり、同図(b)はポテンシャルを示す図である。なお、同図(b)において、ポテンシャルが浅い方の実線は伝導帯、ポテンシャルが深い方の実線は価電子帯、点線はフェルミ準位を示す。   Here, when no voltage is applied to the gate pad 29, the potential formed by the layers 22, 23, and 24 is formed as shown in FIG. FIG. 4 shows the relationship between the cross section taken along the alternate long and short dash line BB ′ of FIG. 2 and the potential formed by this cross section. FIG. 4A is a cross-sectional view showing a part of the cross section in a band shape, and FIG. 4B is a view showing potential. In FIG. 5B, the solid line with the shallow potential indicates the conduction band, the solid line with the deep potential indicates the valence band, and the dotted line indicates the Fermi level.

図4(b)に示すように、抵抗層22とn型不純物層24とによって形成されるポテンシャルはほぼ等しいが、p型不純物層23によって形成されるポテンシャルは、抵抗層22とn型不純物層24とによって形成されるポテンシャルよりも浅く形成される。また、半絶縁性基板11によって形成されるポテンシャルは、n型不純物層24とp型不純物層23との間に、裏面電極10側に向かって浅くなる勾配を有するように形成される。   As shown in FIG. 4B, the potential formed by the resistance layer 22 and the n-type impurity layer 24 is substantially equal, but the potential formed by the p-type impurity layer 23 is the resistance layer 22 and the n-type impurity layer. 24 is formed shallower than the potential formed by. The potential formed by the semi-insulating substrate 11 is formed between the n-type impurity layer 24 and the p-type impurity layer 23 so as to have a gradient that becomes shallower toward the back electrode 10 side.

次に、ゲートパッド29にマイナスの電圧が印加されるとともに、裏面電極10が0Vである場合において、各層22、23、24によって形成されるポテンシャルは、図5に示すように形成される。図5(a)は、図4(a)と同一の断面図であり、図5(b)は、ポテンシャルを示す図である。なお、同図(b)において、ポテンシャルが浅い方の実線は伝導帯、ポテンシャルが深い方の実線は価電子帯、点線はフェルミ準位を示すのは、図4(b)と同じである。   Next, when a negative voltage is applied to the gate pad 29 and the back electrode 10 is at 0 V, the potential formed by the layers 22, 23, and 24 is formed as shown in FIG. FIG. 5A is the same cross-sectional view as FIG. 4A, and FIG. 5B is a diagram showing the potential. In FIG. 4B, the solid line with the shallow potential indicates the conduction band, the solid line with the deep potential indicates the valence band, and the dotted line indicates the Fermi level, as in FIG. 4B.

図5(b)に示すように、ゲートパッド29にマイナスの電圧Vが印加されると、n型不純物層24とp型不純物層23との間に電圧がかかり、相対的にn型不純物層24のポテンシャルが深くなるポテンシャルが形成される。このとき、抵抗層22とp型不純物層23との間には電位障壁41が形成される。   As shown in FIG. 5B, when a negative voltage V is applied to the gate pad 29, a voltage is applied between the n-type impurity layer 24 and the p-type impurity layer 23, and a relatively n-type impurity layer is applied. A potential that deepens the potential of 24 is formed. At this time, a potential barrier 41 is formed between the resistance layer 22 and the p-type impurity layer 23.

以上に示すように、本実施形態の半導体装置において、抵抗層22の周囲にはp型不純物層23が所望の濃度で形成され、p型不純物層23の周囲には所望の濃度でn型不純物層24が形成されている。これにより、ゲートパッド29にはマイナスの電圧が印加され、裏面電極10が0Vの場合であっても、抵抗層22とp型不純物層23との間に電位障壁41が形成される。従って、ゲートパッド29にマイナスの電圧が印加されるとともに裏面電極10が0Vの場合であっても、ゲート電極接続部21と裏面電極10との間に、抵抗層22を介してリーク電流が流れることを抑制することができる。   As described above, in the semiconductor device of the present embodiment, the p-type impurity layer 23 is formed at a desired concentration around the resistance layer 22, and the n-type impurity at the desired concentration around the p-type impurity layer 23. Layer 24 is formed. As a result, a negative voltage is applied to the gate pad 29, and the potential barrier 41 is formed between the resistance layer 22 and the p-type impurity layer 23 even when the back electrode 10 is 0V. Therefore, even when a negative voltage is applied to the gate pad 29 and the back electrode 10 is 0 V, a leak current flows between the gate electrode connection portion 21 and the back electrode 10 via the resistance layer 22. This can be suppressed.

また、上述のように電位障壁41が形成されることにより、リーク電流が流れることを抑制することができるため、半絶縁性基板11を薄くすることもできる。この結果、複数のFET12で発生した熱を効率的に放熱させることができ、装置の放熱性を向上させることもできる。   In addition, since the potential barrier 41 is formed as described above, it is possible to suppress a leakage current from flowing, and thus the semi-insulating substrate 11 can be thinned. As a result, the heat generated in the plurality of FETs 12 can be efficiently radiated, and the heat dissipation of the device can be improved.

さらに、例えば裏面電極10が、製造の都合により意に反して半絶縁性基板11の側面に形成された場合であっても、ゲート電極21と、半絶縁性基板11の側面に形成された裏面電極10との間にリーク電流が発生することを抑制することができる。   Further, for example, even if the back electrode 10 is formed on the side surface of the semi-insulating substrate 11 against the circumstances for manufacturing, the gate electrode 21 and the back surface formed on the side surface of the semi-insulating substrate 11 are used. Generation of a leakage current between the electrode 10 and the electrode 10 can be suppressed.

以上に、本発明の実施形態に係る半導体装置について説明した。しかし、本発明の実施形態に係る半導体装置は、上述の実施形態に限定されない。   The semiconductor device according to the embodiment of the present invention has been described above. However, the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment.

例えば、抵抗層22、p型不純物層23およびn型不純物層24は、それぞれが反対の導電型であってもよい。この場合、オーミック金属からなる引き出し電極25は、p型の抵抗層22に対してオーム性となる金属を適用する必要がある。   For example, the resistance layer 22, the p-type impurity layer 23, and the n-type impurity layer 24 may have opposite conductivity types. In this case, the lead electrode 25 made of ohmic metal needs to be applied with a metal that is ohmic to the p-type resistance layer 22.

また、ソースパッド28が、ソース電極接続部18に接するように、ドレインパッド25若しくはゲートパッド27と同じように形成された半導体装置に対しても適用可能である。   Further, the present invention can also be applied to a semiconductor device formed in the same manner as the drain pad 25 or the gate pad 27 so that the source pad 28 is in contact with the source electrode connection portion 18.

10・・・裏面電極
11・・・半絶縁性基板
12・・・電界効果トランジスタ
13・・・ドレイン電極
14・・・ソース電極
15・・・ゲート電極
16・・・素子領域
17・・・ドレイン電極接続部
18・・・ソース電極接続部
19・・・ゲートバスライン
20・・・引き出しライン
21・・・ゲート電極接続部
22・・・抵抗層
23・・・p型不純物層
24・・・n型不純物層
25・・・引き出し電極
26・・・保護膜
27・・・ドレインパッド
28・・・ソースパッド
29・・・ゲートパッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Back electrode 11 ... Semi-insulating substrate 12 ... Field effect transistor 13 ... Drain electrode 14 ... Source electrode 15 ... Gate electrode 16 ... Element region 17 ... Drain Electrode connection 18 ... Source electrode connection 19 ... Gate bus line 20 ... Lead line 21 ... Gate electrode connection 22 ... Resistance layer 23 ... p-type impurity layer 24 ... n-type impurity layer 25 ... extraction electrode 26 ... protective film 27 ... drain pad 28 ... source pad 29 ... gate pad

Claims (2)

半絶縁性基板上に交互に形成された複数のドレイン電極、及び複数のソース電極と、
これらのドレイン電極とソース電極との間にそれぞれ形成された複数のゲート電極と、
これらのゲート電極に接続された複数のゲート電極接続部と、
これらのゲート電極接続部の間に形成された複数の引き出し電極と、
前記複数のドレイン電極に電気的に接続されたドレインパッド、前記複数のソース電極に電気的に接続されたソースパッド、前記複数のゲート電極接続部、および前記複数の引き出し電極が露出するように、前記半絶縁性基板上に形成された保護膜と、
前記ゲート電極接続部、およびこの電極接続部に隣接する前記引き出し電極に接触するようにそれぞれ形成された複数のゲートパッドと、
それぞれの前記ゲート電極接続部間に形成された前記複数の引き出し電極に接触するように、前記半絶縁性基板に形成された第1導電型の抵抗層と、
この抵抗層の下面を含む周囲を覆うように前記半絶縁性基板に形成された第2導電型の第1の不純物層と、
この第1の不純物層の下面を含む周囲を覆うように前記半絶縁性基板に形成された第1導電型の第2の不純物層と、
前記半絶縁性基板の裏面に形成され、前記ソースパッドに電気的に接続された裏面電極と、
を具備し、
前記第1の不純物層および前記第2の不純物層の不純物濃度は、前記ゲートパッドにマイナスの電圧が印加されるとともに、前記裏面電極が0Vである場合に、これらの不純物層の間に電圧がかかり、かつ、前記抵抗層と前記第1の不純物層との間に電位障壁が形成される濃度であることを特徴とする半導体装置。
A plurality of drain electrodes and a plurality of source electrodes alternately formed on the semi-insulating substrate;
A plurality of gate electrodes respectively formed between the drain electrode and the source electrode;
A plurality of gate electrode connections connected to these gate electrodes;
A plurality of extraction electrodes formed between the gate electrode connection portions;
The drain pad electrically connected to the plurality of drain electrodes, the source pad electrically connected to the plurality of source electrodes, the plurality of gate electrode connection portions, and the plurality of lead electrodes are exposed. A protective film formed on the semi-insulating substrate;
A plurality of gate pads respectively formed to contact the gate electrode connecting portion and the lead electrode adjacent to the electrode connecting portion;
A resistance layer of a first conductivity type formed on the semi-insulating substrate so as to be in contact with the plurality of lead electrodes formed between the gate electrode connection portions;
A first impurity layer of a second conductivity type formed on the semi-insulating substrate so as to cover the periphery including the lower surface of the resistance layer;
A first conductivity type second impurity layer formed on the semi-insulating substrate so as to cover the periphery including the lower surface of the first impurity layer;
A back electrode formed on the back surface of the semi-insulating substrate and electrically connected to the source pad;
Comprising
The impurity concentration of the first impurity layer and the second impurity layer is such that when a negative voltage is applied to the gate pad and the back electrode is 0 V, the voltage between these impurity layers is The semiconductor device has a concentration at which a potential barrier is formed between the resistance layer and the first impurity layer.
前記抵抗層および前記第2の不純物層の導電型はn型であり、前記第1の不純物層の導電型はp型であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductivity type of the resistance layer and the second impurity layer is n-type, and the conductivity type of the first impurity layer is p-type.
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