(57)【要約】  第１の電極(１)の第１直線状基部(１a)および第１くし状電極部(１b,１c)の第１直線状基部(１a)側を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に、第１の電極(１)にビアを介して接続された第１の電極パッド(１１)を形成する。第２の電極(２)の第２くし状電極部(２b)の第２直線状基部(２a)側を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に、第２の電極(２)にビアを介して接続された第２の電極パッド(１２)を形成する。第３の電極(３)の第３くし状電極部(３b)の第３直線状基部(３a)側を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に、第３の電極(３)にビアを介して接続された第３の電極パッド(１３)を形成する。オン抵抗を低くして大電流に対応しつつ小型化が可能な窒化物半導体装置を提供する。
2012043334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板(１０,２１０)と、
上記基板(１０,２１０)上に形成された窒化物半導体層(２０,２２０,７２０)と、
上記窒化物半導体層(２０,２２０,７２０)上に形成され、複数のくし状電極からなる第１電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b,７０１,８０１,９０１)と、
上記窒化物半導体層(２０,２２０,７２０)上に形成され、上記第１電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b,７０１,８０１,９０１)の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第２電極群(２b,１０２b,２０２b,３０２b,７０２,８０２,９０２)と、
上記窒化物半導体層(２０,２２０,７２０)上に形成され、上記第１電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b,７０１,８０１,９０１)と上記第２電極群(２b,１０２b,２０２b,３０２b,７０２,８０２,９０２)とからなる列に対して配列方向が平行になるように配列された複数のくし状電極からなる第３電極群(１c,１０１c,２０１c,３０１c,７０３,８０３,９０３)と、
上記窒化物半導体層(２０,２２０,７２０)上に形成され、上記第３電極群(１c,１０１c,２０１c,３０１c,７０３,８０３,９０３)の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第４電極群(３b,１０３b,２０３b,３０３b,７０４,８０４,９０４)と、
上記窒化物半導体層(２０,２２０,７２０)上に形成され、上記第１電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b,７０１,８０１,９０１)と上記第２電極群(２b,１０２b,２０２b,３０２b,７０２,８０２,９０２)との間および上記第３電極群(１c,１０１c,２０１c,３０１c,７０３,８０３,９０３)と上記第４電極群(３b,１０３b,２０３b,３０３b,７０４,８０４,９０４)との間に設けられたゲート電極(５,２０５,７６０,８６０,９６０)と、
上記第１,第２,第３,第４電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b,７０１,８０１,９０１,２b,１０２b,２０２b,３０２b,７０２,８０２,９０２,１c,１０１c,２０１c,３０１c,７０３,８０３,９０３,３b,１０３b,２０３b,３０３b,７０４,８０４,９０４)と上記ゲート電極(５,２０５,７６０,８６０,９６０)を覆うように上記基板(１０,２１０)上に形成された層間絶縁膜(４０,２４０,７４０)と、
上記第１,第２,第３,第４電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b,７０１,８０１,９０１,２b,１０２b,２０２b,３０２b,７０２,８０２,９０２,１c,１０１c,２０１c,３０１c,７０３,８０３,９０３,３b,１０３b,２０３b,３０３b,７０４,８０４,９０４)のある上記窒化物半導体層(２０,２２０,７２０)の活性領域に対応する上記層間絶縁膜(４０,２４０,７４０)上の領域に夫々形成され、上記第１,第３電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b,７０１,８０１,９０１,１c,１０１c,２０１c,３０１c,７０３,８０３,９０３)にコンタクト部を介して接続された第１の電極パッド(１１,１１１,２１１,７１１,８１１Ａ,８１１Ｂ,９１１)と、上記第２電極群(２b,１０２b,２０２b,３０２b,７０２,８０２,９０２)にコンタクト部を介して接続された第２の電極パッド(１２,１１２,２１２,７１２,８１２,９１２)と、上記第４電極群(３b,１０３b,２０３b,３０３b,７０４,８０４,９０４)にコンタクト部を介して接続された第３の電極パッド(１３,１１３,２１３,７１３,８１３,９１３)と
を備え、
上記第１電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b,７０１,８０１,９０１)および上記第３電極群(１c,１０１c,２０１c,３０１c,７０３,８０３,９０３)は、ソース電極またはドレイン電極の一方であり、上記第２電極群(２b,１０２b,２０２b,３０２b,７０２,８０２,９０２)および上記第４電極群(３b,１０３b,２０３b,３０３b,７０４,８０４,９０４)は、上記ソース電極または上記ドレイン電極の他方であることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
上記第１電極群(７０１)と上記第３電極群(７０３)とを接続する中間配線(７０８)を備え、
上記第１電極群(７０１)または上記第３電極群(７０３)の一方と上記第１の電極パッド(７１１)とを、上記中間配線(７０８)と上記コンタクト部を介して接続していることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の窒化物半導体装置において、
上記窒化物半導体層(２０,２２０)上に形成された第１直線状基部(１a,１０１a,２０１a,３０１a)と、その第１直線状基部(１a,１０１a,２０１a,３０１a)から両側方に延びた上記第１電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b)と上記第３電極群(１c,１０１c,２０１c,３０１c)とを有する第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)と、
上記第２電極群(２b,１０２b,２０２b,３０２b)を有する第２の電極(２,１０２,２０２,３０２)と、
上記第４電極群(３b,１０３b,２０３b,３０３b)を有する第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)と
を備え、
上記ゲート電極(５,２０５)は、上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)と上記第２の電極(２,１０２,２０２,３０２)との間および上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)と上記第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)との間を折曲して延在すると共に、
上記第１,第２,第３の電極パッド(１１,１１１,２１１,１２,１１２,２１２,１３,１１３,２１３)は、上記第１,第２,第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)が占める領域上でかつ上記第１,第２,第３,第４電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b,２b,１０２b,２０２b,３０２b,１c,１０１c,２０１c,３０１c,３b,１０３b,２０３b,３０３b)のある上記窒化物半導体層(２０,２２０)の活性領域に対応する上記層間絶縁膜(４０,２４０)上の領域に形成され、上記第１,第２,第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)に上記コンタクト部を介して夫々接続されていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の窒化物半導体装置において、
上記第１の電極パッド(１１,１１１,２１１)は、上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)の上記第１直線状基部(１a,１０１a,２０１a,３０１a)および上記第１電極群(１b,１０１b,２０１b,３０１b)と上記第３電極群(１c,１０１c,２０１c,３０１c)のうちの上記第１直線状基部(１a,１０１a,２０１a,３０１a)側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜(４０,２４０)上の領域に形成され、
上記第２の電極パッド(１２,１１２,２１２)は、上記第２の電極(２,１０２,２０２,３０２)の上記第２電極群(２b,１０２b,２０２b,３０２b)のうちの上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)側と反対の側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜(４０,２４０)上の領域に形成され、
上記第３の電極パッド(１３,１１３,２１３)は、上記第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)の上記第４電極群(３b,１０３b,２０３b,３０３b)のうちの上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)側と反対の側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜(４０,２４０)上の領域に形成されていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の窒化物半導体装置において、
上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)は、上記ドレイン電極であり、
上記第２の電極(２,１０２,２０２,３０２)および上記第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)は、上記ソース電極であることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項６】
請求項３から５までのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、
上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)、上記第２の電極(２,１０２,２０２,３０２)、上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)と上記第２の電極(２,１０２,２０２,３０２)とに挟まれた上記窒化物半導体層(２０,２２０)の活性領域、および、上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)と上記第２の電極(２,１０２,２０２,３０２)との間の上記ゲート電極(５,２０５)でヘテロ接合電界効果トランジスタが形成され、
上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)、上記第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)、上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)と上記第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)とに挟まれた上記窒化物半導体層(２０,２２０)の活性領域、および、上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)と上記第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)との間の上記ゲート電極(５,２０５)でヘテロ接合電界効果トランジスタが形成されていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項７】
請求項３から６までのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、
上記第２の電極(３０２)の上記第２電極群(３０２b)と上記第３の電極(３０３)の上記第４電極群(３０３b)の各端部は、少なくとも半円形状または半楕円形状を含む丸みを帯びた形状をしており、
上記第１の電極(３０１)の上記第１直線状基部(３０１a)は、上記第２の電極(３０２)の上記第２電極群(３０２b)の各端部に対向する領域に、上記第２の電極(３０２)の上記第２電極群(３０２b)の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有すると共に、上記第３の電極(３０３)の上記第４電極群(３０３b)の各端部に対向する領域に、上記第３の電極(３０３)の上記第４電極群(３０３b)の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有することを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の窒化物半導体装置において、
上記第２の電極(３０２)の上記第２電極群(３０２b)の各端部の先端と、その先端に対向する上記第１の電極(３０１)の上記第１直線状基部(３０１a)の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極(３０１)と上記第２の電極(３０２)とに挟まれた領域のうちで最も広くなっており、
上記第３の電極(３０３)の上記第４電極群(３０３b)の各端部の先端と、その先端に対向する上記第１の電極(３０１)の上記第１直線状基部(３０１a)の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極(３０１)と上記第３の電極(３０３)とに挟まれた領域のうちで最も広くなっていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項９】
請求項３から８までのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、
上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)と上記第２の電極(２,１０２,２０２,３０２)との間および上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)と上記第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)との間を折曲して延在する上記ゲート電極(５,２０５)は、上記第１,第２,第３の電極(１,１０１,２０１,３０１,２,１０２,２０２,３０２,３,１０３,２０３,３０３)のうちの上記ソース電極である側に沿って、上記第１,第２,第３の電極(１,１０１,２０１,３０１,２,１０２,２０２,３０２,３,１０３,２０３,３０３)のうちの上記ドレイン電極である側よりも上記ソース電極である側の近傍に設けられていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１０】
請求項３から９までのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、
上記第２の電極(２,１０２,２０２,３０２)は、上記窒化物半導体層(２０,２２０)上かつ上記第２電極群(２b,１０２b,２０２b,３０２b)の上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)側と反対の側の各端部を接続するように形成され、上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)の上記第１直線状基部(１a,１０１a,２０１a,３０１a)に対して平行な第２直線状基部(２a,１０２a,３０２a)を有すると共に、
上記第３の電極(３,１０３,２０３,３０３)は、上記窒化物半導体層(２０,２２０)上かつ上記第４電極群(３b,１０３b,２０３b,３０３b)の上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)側と反対の側の各端部を接続するように形成され、上記第１の電極(１,１０１,２０１,３０１)の上記第１直線状基部(１a,１０１a,２０１a,３０１a)に対して平行な第３直線状基部(３a,１０３a,３０３a)を有することを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の窒化物半導体装置において、
上記第１の電極(３０１)の上記第１電極群(３０１b)と上記第３電極群(３０１c)の各端部は、少なくとも半円形状または半楕円形状を含む丸みを帯びた形状をしており、
上記第２の電極(３０２)の上記第２直線状基部(３０２a)は、上記第１の電極(３０１)の上記第１電極群(３０１b)の各端部に対向する領域に、上記第１の電極(３０１)の上記第１電極群(３０１b)の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有すると共に、
上記第３の電極(３０３)の上記第３直線状基部(３０３a)は、上記第１の電極(３０１)の上記第３電極群(３０１c)の各端部に対向する領域に、上記第１の電極(３０１)の上記第３電極群(３０１c)の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有することを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の窒化物半導体装置において、
上記第１の電極(３０１)の上記第１電極群(３０１b)の各端部の先端と、その先端に対向する上記第２の電極(３０２)の上記第２直線状基部(３０２a)の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極(３０１)と上記第２の電極(３０２)とに挟まれた領域のうちで最も広くなっており、
上記第１の電極(３０１)の上記第３電極群(３０１c)の各端部の先端と、その先端に対向する上記第３の電極(３０３)の上記第３直線状基部(３０３a)の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極(３０１)と上記第３の電極(３０３)とに挟まれた領域のうちで最も広くなっていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１３】
請求項３から９までのいずれか１つに記載の窒化物半導体装置において、
上記第３の電極(１０３)は、上記窒化物半導体層上かつ上記第４電極群(１０３b)の上記第１の電極(１０１)側と反対の側の各端部を接続するように形成され、上記第１の電極(１０１)の上記第１直線状基部(１０１a)に対して平行な第３直線状基部(１０３a)と、上記第３直線状基部(３a,１０３a,３０３a)から上記第１の電極(１０１)と反対の側に向かって延びた複数のくし状電極からなる第６電極群(１０３c)を有し、
上記窒化物半導体層上かつ上記第３の電極(１０３)の上記第６電極群(１０３c)の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第５電極群(１０４b)を有する第４の電極(１０４)と
を備えたことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の窒化物半導体装置において、
上記第４の電極(１０４)の上記第５電極群(１０４b)のうちの上記第３の電極(１０３)側と反対の側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成され、上記第４の電極(１０４)に上記コンタクト部を介して接続された第４の電極パッド(１１４)を備えたことを特徴とする窒化物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化物半導体装置としては、窒化物半導体であるＧaＮを用いたものがある(例えば、特開２００８−１７７５２７号公報(特許文献１)参照)。この窒化物半導体装置に用いられるＧaＮは、バンドギャップが大きく、絶縁破壊電圧が高く、電子のドリフト速度が大きく、さらにヘテロ接合による２次元電子ガスを利用することができる。例えば、アンドープＧaＮ層上にＡlＧaＮ層を積層した場合に、自発分極とピエゾ分極との両作用によってヘテロ界面に２次元電子ガスが生じる。このような２次元電子ガスをチャネルとして利用するＨＦＥＴ(Hetero-junction Field Effect Transistor；ヘテロ接合電界効果トランジスタ)が知られている。この窒化物半導体を利用したＨＦＥＴは、大きな電流を制御するためのパワーデバイスに適用することができ、オン抵抗が低くなるなどの窒化物半導体の特徴を生かすことによって、Ｓi系に比べて小型化できるというメリットがある。【０００３】
上記窒化物半導体装置では、窒化物系半導体による小型化のメリットをさらに生かすために1つの電極パッドがデバイスの活性領域上に設けられている。【０００４】
ところで、商用の製品に搭載する電源回路にＧaＮのＨＦＥＴを用いる場合には、数十アンペアの大電流ＨＦＥＴを提供する必要がある。このＨＦＥＴの大電流化を図るためには、デバイスのゲート長を長くする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７７５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１６に示すマルチフィンガータイプの窒化物半導体装置において、大電流化を図るために、図１７に示すように、１本のフィンガー長を長くすることによってゲート長を長くすると、オン抵抗が増大するという問題があることが判った。図１６,図１７において、４０１,５０１はソース電極、４０２,５０２はドレイン電極、４０３,５０３はソース電極４０１,５０１と接続するソース電極パッドが形成される領域である。【０００７】
一方、上記マルチフィンガータイプの窒化物半導体装置において、図１８に示すように、フィンガー長を一定にしてフィンガー数を増やしてゲート長を長くすると、チップの形状の縦横比が大きくなるため、ハンドリングに問題が生じたり、パッケージング時の配線に制約が生じたりするという問題がある。図１８において、６０１はソース電極、６０２はドレイン電極、６０３はソース電極６０１と接続するソース電極パッドが形成される領域である。【０００８】
また、大電流に対応するために、太いワイヤや複数本のワイヤ設置の必要性からワイヤを接続するための電極パッドも大きくする必要があり、窒化物半導体を採用して小型化するメリットが十分に生かせないという問題があった。【０００９】
そこで、この発明の課題は、オン抵抗を低くして大電流に対応しつつ小型化が可能な窒化物半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明の窒化物半導体装置は、
基板と、
上記基板上に形成された窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上に形成され、複数のくし状電極からなる第１電極群と、
上記窒化物半導体層上に形成され、上記第１電極群の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第２電極群と、
上記窒化物半導体層上に形成され、上記第１電極群と上記第２電極群とからなる列に対して配列方向が平行になるように配列された複数のくし状電極からなる第３電極群と、
上記窒化物半導体層上に形成され、上記第３電極群の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第４電極群と、
上記窒化物半導体層上に形成され、上記第１電極群と上記第２電極群との間および上記第３電極群と上記第４電極群との間に設けられたゲート電極と、
上記第１,第２,第３,第４電極群と上記ゲート電極を覆うように上記基板上に形成された層間絶縁膜と、
上記第１,第２,第３,第４電極群のある上記窒化物半導体層の活性領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に夫々形成され、上記第１,第３電極群にコンタクト部を介して接続された第１の電極パッドと、上記第２電極群にコンタクト部を介して接続された第２の電極パッドと、上記第４電極群にコンタクト部を介して接続された第３の電極パッドと
を備え、
上記第１電極群および上記第３電極群は、ソース電極またはドレイン電極の一方であり、上記第２電極群および上記第４電極群は、上記ソース電極または上記ドレイン電極の他方であることを特徴とする。【００１１】
上記構成によれば、マルチフィンガータイプでは、フィンガー長を長くすることによってゲート長が長くして大電流化を図るとオン抵抗が増大する問題に対して、オン抵抗を小さくすることが可能な範囲でフィンガー長を設定して、第１電極群〜第４電極群の４つの電極によって窒化物半導体層に２つの活性領域を形成した構成とすることによって、チップ形状の縦横比を大きくすることなく、オン抵抗を小さくしたままで窒化物半導体装置を小型化することができる。【００１２】
また、第１の電極の第１,第３電極群、第２の電極の第２電極群、および、第３の電極の第４電極群上に、第１,第２,第３の電極パッドを夫々並べて配置して、第１,第３電極群と第１の電極パッドを接続し、第２電極群と第２の電極パッドを接続し、第４電極群と第３の電極パッドを接続することによって、ワイヤボンディングやＦＣＢ(Flip Chip Bonding；フリップチップボンディング)において、ワイヤ間および配線間のインダクタンスの影響を小さくできる。【００１３】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１電極群と上記第３電極群とを接続する中間配線を備え、
上記第１電極群または上記第３電極群の一方と上記第１の電極パッドとを、上記中間配線と上記コンタクト部を介して接続している。【００１４】
上記実施形態によれば、第１電極群または第３電極群の一方と第１の電極パッドとを、中間配線とコンタクト部を介して接続することによって、第１電極群と第３電極群の夫々に電極パッドを設けることなく、第１の電極パッドにワイヤボンディングすればよいので、パッケージ上の制約でワイヤ数を削減する必要があるときには対応することが可能となる。【００１５】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記窒化物半導体層上に形成された第１直線状基部と、その第１直線状基部から両側方に延びた上記第１電極群と上記第３電極群とを有する第１の電極と、
上記第２電極群を有する第２の電極と、
上記第４電極群を有する第３の電極と
を備え、
上記ゲート電極は、上記第１の電極と上記第２の電極との間および上記第１の電極と上記第３の電極との間を折曲して延在すると共に、
上記第１,第２,第３の電極パッドは、上記第１,第２,第３の電極が占める領域上でかつ上記第１,第２,第３,第４電極群のある上記窒化物半導体層の活性領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成され、上記第１,第２,第３の電極に上記コンタクト部を介して夫々接続されている。【００１６】
上記実施形態によれば、マルチフィンガータイプでは、フィンガー長を長くすることによってゲート長が長くして大電流化を図るとオン抵抗が増大する問題に対して、オン抵抗を小さくすることが可能な範囲でフィンガー長を設定して、第１の電極〜第３の電極の３つの電極によって窒化物半導体層に２つの活性領域を形成した構成とすることによって、チップ形状の縦横比を大きくすることなく、オン抵抗を小さくしたままで窒化物半導体装置を小型化することができる。【００１７】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極パッドは、上記第１の電極の上記第１直線状基部および上記第１電極群と上記第３電極群のうちの上記第１直線状基部側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成され、
上記第２の電極パッドは、上記第２の電極の上記第２電極群のうちの上記第１の電極側と反対の側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成され、
上記第３の電極パッドは、上記第３の電極の上記第４電極群のうちの上記第１の電極側と反対の側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成されている。【００１８】
上記実施形態によれば、第１,第２,第３の電極の３つの電極によって形成された窒化物半導体層の活性領域上に、第１,第２,第３の電極パッドを最適な位置に配置して、小さなチップ形状でもワイヤボンディングやＦＣＢを容易に行うことができる。【００１９】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極は、上記ドレイン電極であり、
上記第２の電極および上記第３の電極は、上記ソース電極である。【００２０】
上記実施形態によれば、第２の電極と第３の電極との間の中央に位置する第１の電極に接続された第１の電極パッドを第２,第３の電極パッドよりも大きくでき、ドレイン電極である第１の電極に接続される第１の電極パッドに、第２,第３の電極パッドに接続するワイヤよりも太いワイヤを接続したりワイヤ本数を増やしたりすることができる。【００２１】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極、上記第２の電極、上記第１の電極と上記第２の電極とに挟まれた上記窒化物半導体層の活性領域、および、上記第１の電極と上記第２の電極との間の上記ゲート電極でヘテロ接合電界効果トランジスタが形成され、
上記第１の電極、上記第３の電極、上記第１の電極と上記第３の電極とに挟まれた上記窒化物半導体層の活性領域、および、上記第１の電極と上記第３の電極との間の上記ゲート電極でヘテロ接合電界効果トランジスタが形成されている。【００２２】
上記実施形態によれば、ヘテロ接合電界効果トランジスタのヘテロ接合による２次元電子ガスをチャネルとして利用することによって、大電流を制御することができ、この窒化物半導体装置をパワーデバイスに適用することができる。【００２３】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第２の電極の上記第２電極群と上記第３の電極の上記第４電極群の各端部は、少なくとも半円形状または半楕円形状を含む丸みを帯びた形状をしており、
上記第１の電極の上記第１直線状基部は、上記第２の電極の上記第２電極群の各端部に対向する領域に、上記第２の電極の上記第２電極群の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有すると共に、上記第３の電極の上記第４電極群の各端部に対向する領域に、上記第３の電極の上記第４電極群の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有する。【００２４】
上記実施形態によれば、第２,第３の電極の第２,第４電極群の丸みを帯びた形状の各端部に、第１の電極の第１直線状基部の湾曲凹部が対向していることによって、第２,第４電極群の各端部に角部がある場合に比べて電界集中を緩和して、壊れにくい構造を実現できる。【００２５】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第２の電極の上記第２電極群の各端部の先端と、その先端に対向する上記第１の電極の上記第１直線状基部の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極と上記第２の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くなっており、
上記第３の電極の上記第４電極群の各端部の先端と、その先端に対向する上記第１の電極の上記第１直線状基部の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極と上記第３の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くなっている。【００２６】
上記実施形態によれば、第２の電極の第２電極群の各端部の先端と、その先端に対向する第１の電極の第１直線状基部の湾曲凹部との間隔を、第１の電極と第２の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くし、第３の電極の第４電極群の各端部の先端と、その先端に対向する第１の電極の第１直線状基部の湾曲凹部との間隔を、第１の電極と第３の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くすることによって、電界が集中しやすい第２,第４電極群の各端部の先端に対して、対向する第１の電極の第１直線状基部の湾曲凹部を最も離すことで電界集中をさらに緩和して、より壊れにくい構造を実現できる。【００２７】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極と上記第２の電極との間および上記第１の電極と上記第３の電極との間を折曲して延在する上記ゲート電極は、上記第１,第２,第３の電極のうちの上記ソース電極である側に沿って、上記第１,第２,第３の電極のうちの上記ドレイン電極である側よりも上記ソース電極である側の近傍に設けられている。【００２８】
上記実施形態によれば、第１,第２,第３の電極のうちのソース電極である側に沿って、第１,第２,第３の電極のうちのドレイン電極である側よりもソース電極である側の近傍にゲート電極を設けることによって、ゲート電極とドレイン電極との間の耐圧を大きくできる。【００２９】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第２の電極は、上記窒化物半導体層上かつ上記第２電極群の上記第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように形成され、上記第１の電極の上記第１直線状基部に対して平行な第２直線状基部を有すると共に、
上記第３の電極は、上記窒化物半導体層上かつ上記第４電極群の上記第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように形成され、上記第１の電極の上記第１直線状基部に対して平行な第３直線状基部を有する。【００３０】
上記実施形態によれば、窒化物半導体層上かつ第２の電極の第２電極群の第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように、第１の電極の第１直線状基部に対して平行な第２直線状基部を形成すると共に、窒化物半導体層上かつ第３の電極の第４電極群の第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように、第１の電極の第１直線状基部に対して平行な第３直線状基部を形成することによって、第２の電極の第２電極群の複数のくし状電極が第２直線状基部により共通接続されると共に、第３の電極の第４電極群の複数のくし状電極が第３直線状基部により共通接続されるので、第２の電極および第３の電極における電流経路を短くして、オン抵抗を低くできる。【００３１】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極の上記第１電極群と上記第３電極群の各端部は、少なくとも半円形状または半楕円形状を含む丸みを帯びた形状をしており、
上記第２の電極の上記第２直線状基部は、上記第１の電極の上記第１電極群の各端部に対向する領域に、上記第１の電極の上記第１電極群の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有すると共に、
上記第３の電極の上記第３直線状基部は、上記第１の電極の上記第３電極群の各端部に対向する領域に、上記第１の電極の上記第３電極群の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有する。【００３２】
上記実施形態によれば、第１の電極の第１,第３電極群の丸みを帯びた形状の各端部に、第２,第３の電極の第２,第３直線状基部の湾曲凹部が対向していることによって、第１,第３電極群の各端部に角部がある場合に比べて電界集中を緩和して、壊れにくい構造を実現できる。【００３３】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極の上記第１電極群の各端部の先端と、その先端に対向する上記第２の電極の上記第２直線状基部の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極と上記第２の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くなっており、
上記第１の電極の上記第３電極群の各端部の先端と、その先端に対向する上記第３の電極の上記第３直線状基部の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極と上記第３の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くなっている。【００３４】
上記実施形態によれば、第１の電極の第１電極群の各端部の先端と、その先端に対向する第２の電極の第２直線状基部の湾曲凹部との間隔は、第１の電極と第２の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くし、第１の電極の第３電極群の各端部の先端と、その先端に対向する第３の電極の第３直線状基部の湾曲凹部との間隔は、第１の電極と第３の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くすることによって、電界が集中しやすい第１,第３電極群の各端部の先端に対して、対向する第２,第３の電極の第２,第３直線状基部の湾曲凹部を最も離すことで電界集中をさらに緩和して、より壊れにくい構造を実現できる。【００３５】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第３の電極は、上記窒化物半導体層上かつ上記第４電極群の上記第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように形成され、上記第１の電極の上記第１直線状基部に対して平行な第３直線状基部と、上記第３直線状基部から上記第１の電極と反対の側に向かって延びた複数のくし状電極からなる第６電極群を有し、
上記窒化物半導体層上かつ上記第３の電極の上記第６電極群の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第５電極群を有する第４の電極と
を備えた。【００３６】
上記実施形態によれば、第１の電極〜第４の電極の４つの電極によって窒化物半導体層に３つの活性領域を形成でき、チップ形状の縦横比を大きくすることなく、オン抵抗を小さくしたままでさらに大電流化に対応できる。【００３７】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第４の電極の上記第５電極群のうちの上記第３の電極側と反対の側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成され、上記第４の電極に上記コンタクト部を介して接続された第４の電極パッドを備えた。【００３８】
上記実施形態によれば、第４の電極の第５電極群のうちの第３の電極側と反対の側の一部を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に形成された第４の電極パッドをコンタクト部を介して第４の電極に接続することによって、第１の電極と同じソース電極またはドレイン電極への接続ワイヤの本数を増やすことができ、さらなる大電流化に対応できる。
【発明の効果】
【００３９】
以上より明らかなように、この発明の窒化物半導体装置によれば、オン抵抗を低くして大電流に対応しつつ小型化が可能な窒化物半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図である。
【図２】図２は上記窒化物半導体装置の電極パッドの位置を示す平面図である。
【図３】図３は図２のIII−III線から見た断面図である。
【図４】図４は図２のIV−IV線から見た断面図である。
【図５】図５は上記窒化物半導体装置の第１,第２,第３の電極パッドと第１,第２,第３の電極とのコンタクト位置を示す平面図である。
【図６】図６は上記窒化物半導体装置の電極パッドにワイヤを接続した状態を示す平面図である。
【図７】図７はこの発明の第２実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図である。
【図８】図８は上記窒化物半導体装置の電極パッドの位置を示す平面図である。
【図９】図９は上記窒化物半導体装置の電極パッドにワイヤを接続した状態を示す平面図である。
【図１０】図１０は窒化物半導体装置のフィンガー長とオン抵抗との関係を示す図である。
【図１１】図１１はこの発明の第３実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図である。
【図１２】図１２は上記窒化物半導体装置の電極パッドの位置を示す平面図である。
【図１３】図１３は図１２のXIII−XIII線から見た断面図である。
【図１４】図１４は上記窒化物半導体装置の第１,第２,第３の電極パッドと第１,第２,第３の電極とのコンタクト位置を示す平面図である。
【図１５】図１５はこの発明の第４実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図である。
【図１６】図１６は従来のマルチフィンガータイプの窒化物半導体装置の平面図である。
【図１７】図１７は上記窒化物半導体装置のフィンガー長を長くした例を示す平面図である。
【図１８】図１８は上記窒化物半導体装置のフィンガー数を増やした例を示す平面図である。
【図１９】図１９はこの発明の第５実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図である。
【図２０】図２０は上記窒化物半導体装置のソース中間配線とドレイン中間配線の位置を示す平面図である。
【図２１】図２１は上記窒化物半導体装置の電極パッドの位置を示す平面図である。
【図２２】図２２は上記窒化物半導体装置の電極パッドにワイヤを接続した状態を示す平面図である。
【図２３】図２３は図２２のXXIII−XXIII線から見た要部の断面図である。
【図２４】図２４はこの発明の第６実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図である。
【図２５】図２５は上記窒化物半導体装置の電極パッドにワイヤを接続した状態を示す平面図である。
【図２６】図２６は上記窒化物半導体装置の他の例の電極パッドにワイヤを接続した状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、この発明の窒化物半導体装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４２】
〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示している。
【００４３】
この窒化物半導体装置は、Ｓi基板１０(図３,図４に示す)上に、窒化物半導体層の一例としてのアンドープＧaＮ層２１,アンドープＡlＧaＮ層２２(図３,図４に示す)を形成している。このアンドープＧaＮ層２１とアンドープＡlＧaＮ層２２との界面に２ＤＥＧ(２次元電子ガス)が発生する。ここで、基板は、Ｓi基板に限らず、サファイヤ基板やＳiＣ基板を用いてもよく、サファイヤ基板やＳiＣ基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、ＧaＮ基板にＡlＧaＮ層を成長させる等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。
【００４４】
図１に示すように、ＡlＧaＮ層２２上に、第１直線状基部１aと、その第１直線状基部１aから両側方に延びた複数のくし状電極からなる第１くし状電極部１b,１cとを有する第１の電極１を形成している。第１くし状電極部１bは、この発明の窒化物半導体装置の第１電極群の一例であり、第１くし状電極部１cは、この発明の窒化物半導体装置の第３電極群の一例である。
【００４５】
また、ＡlＧaＮ層２２上かつ第１の電極１の左側方に、第１の電極１の第１直線状基部１aに対して平行な第２直線状基部２aと、その第２直線状基部２aから第１の電極１側に向かって延びた複数のくし状電極からなる第２くし状電極部２bとを有する第２の電極２を形成している。この第２の電極２の第２くし状電極部２bは、第１の電極１の第１くし状電極部１bと互いに間隔をあけて交互に配列されている。第２くし状電極部２bは、この発明の窒化物半導体装置の第２電極群の一例である。
【００４６】
また、ＡlＧaＮ層２２上かつ第１の電極１の右側方に、第１の電極１の第１直線状基部１aに対して平行な第３直線状基部３aと、その第３直線状基部３aから第１の電極１側に向かって延びた複数のくし状電極からなる第３くし状電極部３bとを有する第３の電極３を形成している。この第３の電極３の第３くし状電極部３bは、第１の電極１の第１くし状電極部１cと互いに間隔をあけて交互に配列されている。第３くし状電極部３bは、この発明の窒化物半導体装置の第４電極群の一例である。
【００４７】
そして、上記第２の電極２の第２直線状基部２aの一端(図１の上側)と第３の電極３の第３直線状基部３aの一端(図１の上側)とを接続電極６を介して接続している。一方、上記第２の電極２の第２直線状基部２aの他端(図１の下側)と第３の電極３の第３直線状基部３aの他端(図１の下側)とを接続電極７を介して接続している。
【００４８】
上記第１,第２,第３の電極１,２,３および接続電極６,７には、Ｔi／Ａuなどを用いている。
【００４９】
また、ＡlＧaＮ層２２上に、第１の電極１と第２の電極２との間および第１の電極１と第３の電極３との間を折曲して延在するゲート電極５(図３,図４に示す)を、窒化物半導体層の表面を安定化する目的の絶縁膜３０(図３,図４に示す)を介して形成している。ここで、ゲート電極５の一部は、ＡlＧaＮ層２２に接している。
【００５０】
そして、上記第１,第２,第３の電極１,２,３とゲート電極５を覆うようにＳi基板１０上に層間絶縁膜４０(図３,図４に示す)を形成している。この第１実施形態では、第１の電極１はドレイン電極であり、第２の電極２と第３の電極３はソース電極である。なお、第１の電極をソース電極とし、第２の電極および第３の電極をドレイン電極としてもよい。ゲート電極は、図示していないが各ソース電極・ドレイン電極の間に折曲するように、ソース電極に沿ってドレイン電極よりもソース電極に近い側に設けられている。
【００５１】
また、この窒化物半導体装置は、図２に示すように、第１の電極１の第１直線状基部１aおよび第１くし状電極部１b,１cの第１直線状基部１a側を含む領域に対応する層間絶縁膜４０上の領域に形成され、第１の電極１にビア５０(図３,図４に示す)を介して接続された第１の電極パッド１１と、第２の電極２の第２くし状電極部２bの第２直線状基部２a側を含む領域に対応する層間絶縁膜４０上の領域に形成され、第２の電極２にビア５０(図３,図４に示す)を介して接続された第２の電極パッド１２と、第３の電極３の第３くし状電極部３bの第３直線状基部３a側を含む領域に対応する層間絶縁膜４０上の領域に形成され、第３の電極３にビア５０(図３,図４に示す)を介して接続された第３の電極パッド１３とを備えている。ビア５０は、この発明の窒化物半導体装置のコンタクト部の一例である。
【００５２】
上記第１,第２,第３の電極パッド１１,１２,１３は、第１,第２,第３の電極１,２,３が占める領域内でかつ第１,第２,第３くし状電極部１b,１c,２b,３bのある窒化物半導体層(ＧaＮ層２１,ＡlＧaＮ層２２)の活性領域に対応する層間絶縁膜４０上の領域に形成されている。第１,第２,第３の電極パッド１１,１２,１３を素子の活性領域上にコンタクト部により設けることによって、複数のフィンガーからの距離を略均等かつ短くすることができるので、配線抵抗をより小さくすることができる。また、窒化物半導体装置のサイズも最小限とすることができる。
【００５３】
なお、第１の電極パッド１１の左上コーナーに切り欠き領域を設け、その切り欠き領域にゲート電極パッド１５を形成している。
【００５４】
ここで、第１,第２,第３の電極パッド１１,１２,１３およびゲート電極パッド１５には、Ｔi／ＡuまたはＴi／Ａlなどを用いている。
【００５５】
この第１実施形態では、第１,第２,第３の電極１,２,３と第１,第２,第３の電極パッド１１,１２,１３とを接続するコンタクト部としてビア５０(図３,図４に示す)を用いたが、コンタクト部はこれに限らず、層間絶縁膜に設けた開口などを用いて第１,第２,第３の電極と第１,第２,第３の電極パッドとを夫々接続してもよい。
【００５６】
図３は図２のIII−III線から見た断面図を示しており、図３に示すように、Ｓi基板１０上にアンドープＧaＮ層２１とアンドープＡlＧaＮ層２２を形成し、ＡlＧaＮ層２２とＧaＮ層２１の一部を除去して第１,第２の電極１,２(図３では第１くし状電極部１b,第２くし状電極部２bのみを示す)を形成している。このＧaＮ層２１とＡlＧaＮ層２２で窒化物半導体層２０を構成し、そのＧaＮ層２１とＡlＧaＮ層２２との界面で２ＤＥＧ(２次元電子ガス)が発生してチャネル層が形成されている。このチャネル層をゲート電極５に電圧を印加することにより制御して、ヘテロ接合電界効果トランジスタをオン・オフさせる。ゲート電極５には、ＡlＧaＮ層２２とショットキー接合する材料として例えばＷＮ/ＷやＴiＮ/Ｔiなどを用いて形成する。また、ゲート電極５を除くＡlＧaＮ層２２上にＡlＧaＮ層２２を保護するための絶縁膜３０を形成している。この第１実施形態では、ゲート電極５は、フィールドプレート構造になるような形状に形成され、ゲート電極５のドレイン側を絶縁膜３０上になるように張り出した構造としている。このようなフィールドプレート構造とすることによって、ＧaＮ系ＨＦＥＴの問題であるコラプス特性を抑制できる効果がある。そして、第１,第２の電極１,２とゲート電極５が形成された窒化物半導体層２０上に、層間絶縁膜４０を形成し、層間絶縁膜４０上に第２の電極パッド１２を形成している。この第２の電極パッド１２は、複数のビア５０(図３では１つのみを示す)を介して第２の電極２に接続されている。
【００５７】
ここで、絶縁膜３０には、ＳiＮ、ＳiＯ２、Ａl２Ｏ３などを用い、層間絶縁膜４０には、ポリイミドやＳＯＧやＢＰＳＧなどの絶縁材料を用いている。
【００５８】
図４は図２のIV−IV線から見た断面図を示しており、図４において、図３に示す断面図と同一の構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。この図４では、第１,第２の電極１,２とゲート電極５上に、層間絶縁膜４０を形成し、層間絶縁膜４０上に第１の電極パッド１１を形成している。この第１の電極パッド１１は、複数のビア５０(図３では１つのみを示す)を介して第１の電極１に接続されている。
【００５９】
図３の断面図に示すように、ＧaＮ層２１とＡlＧaＮ層２２とのヘテロ界面に２次元電子ガス(２ＤＥＧ)が生じる。これにより、第１,第２の電極１,２間のＧaＮ層２１,ＡlＧaＮ層２２と、第１,第２の電極１,２と、ゲート電極５とで、２次元電子ガスをチャネルとして利用するヘテロ接合電界効果トランジスタが形成される。また、図４の断面図に示すように、ＧaＮ層２１とＡlＧaＮ層２２とのヘテロ界面に２次元電子ガス(２ＤＥＧ)が生じる。これにより、第１,第３の電極１,３間のＧaＮ層２１,ＡlＧaＮ層２２と、第１,第３の電極１,３と、ゲート電極５とで、２次元電子ガスをチャネルとして利用するヘテロ接合電界効果トランジスタが形成される。この第１実施形態においては、ゲート電極５がＡlＧaＮ層２２とショットキー接合するタイプのヘテロ接合電界トランジスタで説明したが、ゲート電極とＡlＧaＮ層２２に間に絶縁膜を設けるタイプのＭＩＳ(メタル-絶縁膜-半導体)型のトランジスタとしてもよい。また、ＡlＧaＮ層とゲート電極の間にＧａＮなどからなるキャップ層を設ける構造としても構わない。
【００６０】
図３,図４に示すように、第１,第２,第３の電極１,２,３(第１,第２,第３くし状電極部１b,１c,２b,３b)は、ＧaＮ層２１とＡlＧaＮ層２２との界面よりも下側に達するような構造とすることで、チャネル層とのオーミック性を取りやすくして、コンタクト抵抗の低減を図っている。
【００６１】
図５は上記窒化物半導体装置の第１,第２,第３の電極パッド１１,１２,１３と第１,第２,第３の電極１,２,３とのコンタクト位置を示す平面図の一例を示している。図５に示すように、第１の電極１と第１の電極パッド１１とは、第１くし状電極部１b,１cの第１の電極パッド１１と重なる領域内の先端側でビア５０を介して接続されている。また、第２の電極２と第２の電極パッド１２とは、第２くし状電極部２bの第２の電極パッド１２と重なる領域内の先端側でビア５０を介して接続されている。さらに、第３の電極３と第３の電極パッド１３とは、第３くし状電極部３bの第３の電極パッド１３と重なる領域内の先端側でビア５０を介して接続されている。
【００６２】
これにより、第１くし状電極部１b,１cと第２くし状電極部２bと第３くし状電極部３bにおける電流経路が短くなり、オン抵抗をより低くすることができる。
【００６３】
なお、ゲート電極５(図３,図４に示す)とゲート電極パッド１５とは、図示しないビアを介して接続している。また、第１,第２,第３の電極と第１,第２,第３の電極パッドとを接続するコンタクト部の位置は、電極と電極パッドが重なる領域内の先端側のみに限らず、他の複数の箇所にコンタクト部を適宜設けてもよい。
【００６４】
図６は上記窒化物半導体装置の電極パッドにワイヤを接続した状態を示す平面図を示している。図６に示すように、第１,第２,第３の電極パッド１１,１２,１３に線径の太いワイヤ６１の一端をボンディングすると共に、ゲート電極パッド１５に線径の細いワイヤ６２の一端をボンディングしている。
【００６５】
ここで、ワイヤ６１,６２には、アルミニウムワイヤを用いたが、ＡuまたはＣuなどの他の金属材料を用いてもよく、リボン形状のワイヤを用いてもよい。
【００６６】
図１０はマルチフィンガータイプの窒化物半導体装置の構成に基づいて行ったシミュレーションの結果を示しており、横軸はフィンガー長Ｗg(ｃｍ)を表し、縦軸はオン抵抗Ｒon(Ω／ｃｍ２)を表している。このような構成のマルチフィンガータイプの窒化物半導体装置は、図１０に示すように、フィンガー長０.４ｍｍ〜０.６ｍｍでオン抵抗Ｒon(＜０.００２Ω／ｃｍ２)が最も小さくなり、フィンガー長が０.６ｍｍよりも長くなると、電流経路が長くなるためにオン抵抗Ｒonが増大するという特性を有している。ここで重要なことは、低いオン抵抗を実現するためには、フィンガー長に最適な範囲があるということである。
【００６７】
したがって、図１６に示す構成のマルチフィンガータイプの窒化物半導体装置では、低オン抵抗の特性を得るため、フィンガー長が制限される。
【００６８】
上記第１実施形態のマルチフィンガータイプの窒化物半導体装置によれば、フィンガー長を長くすることでゲート長が長くなるとオン抵抗が増大するため、オン抵抗を小さくすることが可能な範囲でフィンガー長を設定して、第１,第２,第３の電極１,２,３の３つの電極によって窒化物半導体層に活性領域を形成した構成とすることによって、チップ形状の縦横比を大きくすることなく、オン抵抗を小さくしたままで窒化物半導体装置を小型化することができる。
【００６９】
また、第１の電極１の第１くし状電極部１b,１c、第２の電極２の第２くし状電極部２b、および、第３の電極３の第３くし状電極部３b上に、第１,第２,第３の電極パッド１１,１２,１３を夫々配置して、第１くし状電極部１b,１cと第１の電極パッド１１を接続し、第２くし状電極部２bと第２の電極パッド１２を接続し、第３くし状電極部３bと第３の電極パッド１３を接続しているため、ワイヤボンディングやＦＣＢ(Flip Chip Bonding；フリップチップボンディング)において、ワイヤ間および配線間のインダクタンスの影響を小さくできる。
【００７０】
また、図２に示すように、第１,第２,第３の電極１,２,３の３つの電極によって形成された窒化物半導体層(ＧaＮ層２１,ＡlＧaＮ層２２)の２つの活性領域上に、第１,第２,第３の電極パッド１１,１２,１３を最適な位置に配置して、小さなチップ形状でもワイヤボンディングやＦＣＢを容易に行うことができる。
【００７１】
また、第２の電極２と第３の電極３との間の中央に位置する第１の電極１に接続された第１の電極パッド１１を第２,第３の電極パッド１２,１３よりも大きくでき、ドレイン電極である第１の電極１に接続される第１の電極パッド１１に、第２,第３の電極パッド１２,１３に接続するワイヤよりも太いワイヤを接続したりワイヤ本数を増やしたりすることができる。
【００７２】
また、上記第１実施形態では、第１の電極１、第２の電極２、第１の電極１と第２の電極２とに挟まれた窒化物半導体層の活性領域、および、第１の電極１と第２の電極２との間のゲート電極５でヘテロ接合電界効果トランジスタが形成され、第１の電極１、第３の電極３、第１の電極１と第３の電極３とに挟まれた窒化物半導体層の活性領域、および、第１の電極１と第３の電極３との間のゲート電極５でヘテロ接合電界効果トランジスタが形成されている。このように、上記窒化物半導体装置は、ヘテロ接合電界効果トランジスタのヘテロ接合による２次元電子ガスをチャネルとして利用することによって、大電流を制御することができ、パワーデバイスに適用することができる。
【００７３】
また、ソース電極である第２,第３の電極２,３側に沿って、ドレイン電極である第１の電極１側よりもソース電極である第２,第３の電極２,３側の近傍にゲート電極５を設けることによって、ゲート電極５とドレイン電極との間の耐圧を大きくできる。
【００７４】
また、上記ＡlＧaＮ層２２上かつ第２の電極２の第２くし状電極部２bの第１の電極１側と反対の側の各端部を接続するように、第１の電極１の第１直線状基部１aに対して平行な第２直線状基部２aを形成すると共に、ＡlＧaＮ層２２上かつ第３の電極３の第３くし状電極部３bの第１の電極１側と反対の側の各端部を接続するように、第１の電極１の第１直線状基部１aに対して平行な第３直線状基部３aを形成することによって、第２の電極２の第２くし状電極部２bの複数のくし状電極が第２直線状基部２aにより共通接続されると共に、第３の電極３の第３くし状電極部３bの複数のくし状電極が第３直線状基部３aにより共通接続される。これにより、第２の電極２および第３の電極３における電流経路を短くして、オン抵抗を低くできる。
【００７５】
上記第１実施形態では、図１において、左右対称な電極形状としたが、左側と右側のくし状電極部が上下方向にずれた左右対称でない電極形状などでもよい。
【００７６】
なお、上記第１実施形態では、第２くし状電極部２bの複数のくし状電極が共通接続する第２直線状基部２aと第３くし状電極部３bの複数のくし状電極が共通接続する第３直線状基部３aを用いて窒化物半導体装置を形成したが、第２直線状基部および第３直線状基部を用いないで、第２の電極パッドおよび第３の電極パッドによって複数のくし状電極を共通接続しても構わない。この場合には、それぞれのくし状電極部の第１電極から遠い側にコンタクト部を設ける必要がある。
【００７７】
〔第２実施形態〕
図７はこの発明の第２実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示している。この第２実施形態の窒化物半導体装置は、第３,第４の電極と第３,第４の電極パッドとゲート電極パッドを除いて第１実施形態の窒化物半導体装置と同一の構成をしている。
【００７８】
この窒化物半導体装置は、Ｓi基板(図示せず)上に、窒化物半導体層の一例としてのアンドープＧaＮ層,アンドープＡlＧaＮ層(図示せず)を形成している。ここで、基板は、Ｓi基板に限らず、サファイヤ基板やＳiＣ基板を用いてもよく、サファイヤ基板やＳiＣ基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、ＧaＮ基板にＡlＧaＮ層を成長させる等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。
【００７９】
図７に示すように、ＡlＧaＮ層上に、第１直線状基部１０１aと、その第１直線状基部１０１aから両側方に延びた複数のくし状電極からなる第１くし状電極部１０１b,１０１cとを有する第１の電極１０１を形成している。第１くし状電極部１０１bは、この発明の窒化物半導体装置の第１電極群の一例であり、第１くし状電極部１０１cは、この発明の窒化物半導体装置の第３電極群の一例である。
【００８０】
また、ＡlＧaＮ層上の第１の電極１０１の左側方に、第１の電極１０１の第１直線状基部１０１aに対して平行な第２直線状基部１０２aと、その第２直線状基部１０２aから第１の電極１０１側に向かって延びた複数のくし状電極からなる第２くし状電極部１０２bとを有する第２の電極１０２を形成している。この第２の電極１０２の第２くし状電極部１０２bは、第１の電極１０１の第１くし状電極部１０１cと互いに間隔をあけて交互に配列されている。第２くし状電極部１０２bは、この発明の窒化物半導体装置の第２電極群の一例である。
【００８１】
また、ＡlＧaＮ層上の第１の電極１０１の右側方に、第１の電極１０１の第１直線状基部１０１aに対して平行な第３直線状基部１０３aと、その第３直線状基部１０３aから両側方に向かって延びた複数のくし状電極からなる第３くし状電極部１０３b,１０３cとを有する第３の電極１０３を形成している。この第３の電極１０３の第３くし状電極部１０３bは、第１の電極１０１の第１くし状電極部１０１cと互いに間隔をあけて交互に配列されている。第３くし状電極部１０３bは、この発明の窒化物半導体装置の第４電極群の一例であり、第３くし状電極部１０３cは、この発明の窒化物半導体装置の第６電極群の一例である。
【００８２】
また、ＡlＧaＮ層上かつ第３の電極１０３の第３直線状基部１０３aに対して第１の電極１０１と反対の側に形成され、第３の電極１０３の第３直線状基部１０３aに対して平行な第４直線状基部１０４aと、その第２直線状基部１０４aから第３の電極１０３側に向かって延びた複数のくし状電極からなる第４くし状電極部１０４bとを有する第４の電極１０４を形成している。この第４の電極１０４の第３くし状電極部１０４bは、第３の電極１０３の第３くし状電極部１０３cと互いに間隔をあけて交互に配列されている。第４くし状電極部１０４bは、この発明の窒化物半導体装置の第５電極群の一例である。
【００８３】
また、上記第２の電極１０２の第２直線状基部１０２aの一端(図７の上側)と第３の電極１０３の第３直線状基部１０３aの一端(図１の上側)とを接続電極１０６を介して接続している。一方、上記第２の電極１０２の第２直線状基部１０２aの他端(図７の下側)と第３の電極１０３の第３直線状基部１０３aの他端(図７の下側)とを接続電極１０７を介して接続している。また、第３の電極１０３の第３直線状基部１０３aの両端を、第４の電極１０４をコの字状に囲むように、接続電極１０８,１０９,１１０を介して接続している。
【００８４】
上記第１,第２,第３,第４の電極１０１,１０２,１０３,１０４および接続電極１０６〜１１０には、Ｔi／Ａuなどを用いている。
【００８５】
さらに、ＡlＧaＮ層上に、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間および第１の電極１０１と第３の電極１０３との間を折曲して延在するゲート電極(図示せず)を絶縁膜を介して形成している。ここで、ゲート電極の一部は、ＡlＧaＮ層に接している。また、ゲート電極には、ＡlＧaＮ層とショットキー接合する材料として例えばＷＮ/ＷやＴiＮ/Ｔiなどを用いて形成する。
【００８６】
そして、上記第１,第２,第３,第４の電極１０１,１０２,１０３,１０４とゲート電極を覆うようにＳi基板上に層間絶縁膜(図示せず)を形成している。第１の電極１０１と第４の電極１０４はドレイン電極であり、第２の電極１０２と第３の電極１０３はソース電極である。なお、第１の電極と第４の電極をソース電極とし、第２の電極と第３の電極をドレイン電極としてもよい。
【００８７】
また、この窒化物半導体装置は、図８に示すように、第１の電極１０１の第１直線状基部１０１aおよび第１くし状電極部１０１b,１０１cの第１直線状基部１０１a側を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に形成され、第１の電極１０１にビア(図示せず)を介して接続された第１の電極パッド１１１と、第２の電極１０２の第２くし状電極部１０２bの第２直線状基部１０２a側を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に形成され、第２の電極１０２にビア(図示せず)を介して接続された第２の電極パッド１１２と、第３の電極１０３の第３直線状基部１０３aおよび第３くし状電極部１０３b,１０３cの第３直線状基部１０３a側を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に形成され、第３の電極１０３にビア(図示せず)を介して接続された第３の電極パッド１１３と、第４の電極１０４の第４くし状電極部１０４bの第３直線状基部１０４a側を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に形成され、第４の電極１０４にビア(図示せず)を介して接続された第４の電極パッド１１４とを備えている。ビアは、この発明の窒化物半導体装置のコンタクト部の一例である。
【００８８】
ここで、第１,第２,第３,第４の電極パッド１１１,１１２,１１３,１１４およびゲート電極パッド１１５には、Ｔi／ＡuまたはＴi／Ａlなどを用いている。
【００８９】
なお、第１の電極パッド１１１の右下コーナーに切り欠き領域を設け、その切り欠き領域にゲート電極パッド１１５を形成している。このゲート電極パッド１１５とゲート電極とは、図示しないビアを介して接続している。
【００９０】
この第２実施形態では、第１,第２,第３,第４の電極１０１,１０２,１０３,１０４と第１,第２,第３,第４の電極パッド１１１,１１２,１１３,１１４とを接続するコンタクト部としてビアを用いたが、コンタクト部はこれに限らず、層間絶縁膜に設けた開口などを用いて第１,第２,第３,第４の電極と第１,第２,第３,第４の電極パッドとを夫々接続してもよい。
【００９１】
また、第１,第２,第３,第４の電極と第１,第２,第３,第４の電極パッドとを接続するコンタクト部の位置は、第１実施形態の図５と同様にして、電極と電極パッドが重なる領域内のくし状電極部の先端側で接続している。第１実施形態と同様に、先端側のみではなく、複数個のコンタクト部を設けてもよい。
【００９２】
図９は上記窒化物半導体装置の電極パッドにワイヤを接続した状態を示す平面図を示している。図９に示すように、第１,第２,第３,第４の電極パッド１１１,１１２,１１３,１１４に線径の太いワイヤ１６１の一端をボンディングすると共に、ゲート電極パッド１１５に線径の細いワイヤ１６２の一端をボンディングしている。
【００９３】
ここで、ワイヤ１６１,１６２には、アルミニウムワイヤを用いたが、ＡuまたはＣuなどの他の金属材料を用いてもよく、リボン形状のワイヤを用いてもよい。
【００９４】
上記第２実施形態のマルチフィンガータイプの窒化物半導体装置は、第１実施形態の窒化物半導体装置と同様の効果を有する。
【００９５】
また、第１,第２,第３,第４の電極パッド１１１,１１２,１１３,１１４の４つの電極によって窒化物半導体層(ＧaＮ層,ＡlＧaＮ層)に３つの活性領域を形成でき、チップ形状の縦横比を大きくすることなく、オン抵抗を小さくしたままでさらに大電流化に対応できる。
【００９６】
また、第４の電極１０４の第４くし状電極部１０４bの第４直線状基部１０４a側を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に形成された第４の電極パッド１１４を、コンタクト部を介して第４の電極１０４に接続することによって、第１の電極１０１と同じソース電極またはドレイン電極への接続ワイヤの本数を増やすことができ、さらなる大電流化に対応できる。
【００９７】
なお、上記第２実施形態では、第２直線状基部１０２aを有する第２の電極１０２と第４直線状基部１０４aを有する第４の電極１０４を用いた窒化物半導体装置について説明したが、第２直線状基部と第４直線状基部はなくともよい。
【００９８】
〔第３実施形態〕
図１１はこの発明の第３実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図を示している。この発明の第３実施形態の窒化物半導体装置は、第２,第３の電極の第２,第３直線状基部がない点を除いて第１実施形態の窒化物半導体装置と同一の構成をしている。
【００９９】
この窒化物半導体装置は、Ｓi基板２１０(図１３に示す)上に、窒化物半導体層の一例としてのアンドープＧaＮ層２２１,アンドープＡlＧaＮ層２２２(図１３に示す)を形成している。このアンドープＧaＮ層２２１とアンドープＡlＧaＮ層２２２との界面に２ＤＥＧ(２次元電子ガス)が発生する。ここで、基板は、Ｓi基板に限らず、サファイヤ基板やＳiＣ基板を用いてもよく、サファイヤ基板やＳiＣ基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、ＧaＮ基板にＡlＧaＮ層を成長させる等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。
【０１００】
図１に示すように、ＡlＧaＮ層２２２上に、第１直線状基部２０１aと、その第１直線状基部２０１aから両側方に延びた複数のくし状電極からなる第１くし状電極部２０１b,２０１cとを有する第１の電極２０１を形成している。第１くし状電極部２０１bは、この発明の窒化物半導体装置の第１電極群の一例であり、第１くし状電極部２０１cは、この発明の窒化物半導体装置の第３電極群の一例である。
【０１０１】
また、ＡlＧaＮ層２２２上かつ第１の電極２０１の左側方に、第１の電極２０１の第１くし状電極部２０１cと互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第２くし状電極部２０２bを有する第２の電極２０２を形成している。第２くし状電極部２０２bは、この発明の窒化物半導体装置の第２電極群の一例である。
【０１０２】
また、ＡlＧaＮ層２２２上かつ第１の電極２０１の右側方に、第１の電極２０１の第１くし状電極部２０１cと互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第３くし状電極部２０３bを有する第３の電極３を形成している。第３くし状電極部２０３bは、この発明の窒化物半導体装置の第４電極群の一例である。
【０１０３】
上記第１,第２,第３の電極２０１,２０２,２０３には、Ｔi／Ａuなどを用いている。
【０１０４】
また、ＡlＧaＮ層２２２上に、第１の電極２０１と第２の電極２０２との間および第１の電極２０１と第３の電極２０３との間を折曲して延在するゲート電極２０５(図１３に示す)を、窒化物半導体層の表面を安定化する目的の絶縁膜２３０(図１３に示す)を介して形成している。ここで、ゲート電極２０５の一部は、ＡlＧaＮ層２２２に接している。
【０１０５】
そして、上記第１,第２,第３の電極２０１,２０２,２０３とゲート電極２０５を覆うようにＳi基板２１０上に層間絶縁膜２４０(図１３に示す)を形成している。この第３実施形態では、第１の電極２０１はドレイン電極であり、第２の電極２０２と第３の電極２０３はソース電極である。なお、第１の電極をソース電極とし、第２の電極および第３の電極をドレイン電極としてもよい。ゲート電極２０５は、図示していないが各ソース電極・ドレイン電極の間に折曲するように、ソース電極に沿ってドレイン電極よりもソース電極に近い側に設けられている。
【０１０６】
また、この窒化物半導体装置は、図１２に示すように、第１の電極２０１の第１直線状基部２０１aおよび第１くし状電極部２０１b,２０１cの第１直線状基部２０１a側を含む領域に対応する層間絶縁膜２４０上の領域に形成され、第１の電極２０１にビア２５０(図１４に示す)を介して接続された第１の電極パッド２１１と、第２の電極２０２の第２くし状電極部２０２bを含む領域に対応する層間絶縁膜２４０上の領域に形成され、第２の電極２０２にビア２５０(図１４に示す)を介して接続された第２の電極パッド２１２と、第３の電極２０３の第３くし状電極部２０３bを含む領域に対応する層間絶縁膜２４０上の領域に形成され、第３の電極２０３にビア２５０(図１４に示す)を介して接続された第３の電極パッド２１３とを備えている。ビア２５０は、この発明の窒化物半導体装置のコンタクト部の一例である。
【０１０７】
上記第１,第２,第３の電極パッド２１１,２１２,２１３は、第１,第２,第３の電極２０１,２０２,２０３が占める領域内でかつ第１,第２,第３くし状電極部２０１b,２０１c,２０２b,２０３bのある窒化物半導体層(ＧaＮ層２２１,ＡlＧaＮ層２２２)の活性領域に対応する層間絶縁膜上の領域に形成されている。第１,第２,第３の電極パッド２１１,２１２,２１３を素子の活性領域上にコンタクト部により設けることによって、複数のフィンガーからの距離を略均等かつ短くすることができるので、配線抵抗をより小さくすることができる。また、窒化物半導体装置のサイズも最小限とすることができる。
【０１０８】
なお、第１の電極パッド２１１の左上コーナーに切り欠き領域を設け、その切り欠き領域にゲート電極パッド２１５を形成している。
【０１０９】
ここで、第１,第２,第３の電極パッド２１１,２１２,２１３およびゲート電極パッド２１５には、Ｔi／ＡuまたはＴi／Ａlなどを用いている。
【０１１０】
この第１実施形態では、第１,第２,第３の電極２０１,２０２,２０３と第１,第２,第３の電極パッド２１１,２１２,２１３とを接続するコンタクト部としてビア２５０(図１４に示す)を用いたが、コンタクト部はこれに限らず、層間絶縁膜に設けた開口などを用いて第１,第２,第３の電極と第１,第２,第３の電極パッドとを夫々接続してもよい。
【０１１１】
図１３は図１２のXIII−XIII線から見た断面図を示しており、図１３に示すように、Ｓi基板２１０上にアンドープＧaＮ層２２１とアンドープＡlＧaＮ層２２２を形成し、ＡlＧaＮ層２２２とＧaＮ層２２１の一部を除去して第１,第３の電極２０１,２０３(図１３では第１直線状基部２０１a,第３くし状電極部２０３bのみを示す)を形成している。このＧaＮ層２２１とＡlＧaＮ層２２２で窒化物半導体層２２０を構成し、そのＧaＮ層２２１とＡlＧaＮ層２２２との界面で２ＤＥＧ(２次元電子ガス)が発生してチャネル層が形成されている。このチャネル層をゲート電極２０５に電圧を印加することにより制御して、ヘテロ接合電界効果トランジスタをオン・オフさせる。ゲート電極２０５には、ＡlＧaＮ層２２２とショットキー接合する材料として例えばＷＮ/ＷやＴiＮ/Ｔiなどを用いて形成する。また、ゲート電極２０５を除くＡlＧaＮ層２２２上にＡlＧaＮ層２２２を保護するための絶縁膜２３０を形成している。この第３実施形態では、ゲート電極２０５は、フィールドプレート構造になるような形状に形成され、ゲート電極２０５のドレイン側を絶縁膜２３０上になるように張り出した構造としている。このようなフィールドプレート構造を取ることによって、ＧaＮ系ＨＦＥＴの問題であるコラプス特性を抑制できる効果がある。そして、第１,第２の電極２０１,２０２とゲート電極２０５上に、層間絶縁膜２４０を形成し、層間絶縁膜２４０上に第１,第３の電極パッド２１２,２１３を形成している。この第１の電極パッド２１１は、複数のビア２５０(図１３では１つのみを示す)を介して第１の電極２０１に接続され、第３の電極パッド２１３は、複数のビア２５０(図１３では１つのみを示す)を介して第３の電極２０３に接続されている(第２の電極パッド２１２も同様)。
【０１１２】
ここで、絶縁膜２３０には、ＳiＮ、ＳiＯ２、Ａl２Ｏ３などを用い、層間絶縁膜２４０には、ポリイミドやＳＯＧやＢＰＳＧなどの絶縁材料を用いている。
【０１１３】
図１３の断面図に示すように、ＧaＮ層２２１とＡlＧaＮ層２２２とのヘテロ界面に２次元電子ガス(２ＤＥＧ)が生じる。これにより、第１,第３の電極２０１,２０３間のＧaＮ層２２１,ＡlＧaＮ層２２２と、第１,第３の電極２０１,２０３と、ゲート電極２０５とで、２次元電子ガスをチャネルとして利用するヘテロ接合電界効果トランジスタが形成される。この第３実施形態においては、ゲート電極２０５がＡlＧaＮ層２２２とショットキー接合するタイプのヘテロ接合電界トランジスタで説明したが、ゲート電極とＡlＧaＮ層２２２に間に絶縁膜を設けるタイプのＭＩＳ(メタル-絶縁膜-半導体)型のトランジスタとしてもよい。また、ＡlＧaＮ層とゲート電極の間にＧａＮなどからなるキャップ層を設ける構造としても構わない。
【０１１４】
図１３に示すように、第１,第３の電極２０１,２０３(第２の電極２０２も同様)は、ＧaＮ層２２１とＡlＧaＮ層２２２との界面よりも下側に達するような構造とすることで、チャネル層とのオーミック性を取りやすくして、コンタクト抵抗の低減を図っている。
【０１１５】
図１４は上記窒化物半導体装置の第１,第２,第３の電極パッド２１１,２１２,２１３と第１,第２,第３の電極２０１,２０２,２０３とのコンタクト位置を示す平面図の一例を示している。図１４に示すように、第１の電極２０１と第１の電極パッド２１１とは、第１くし状電極部２０１b,２０１cの第１の電極パッド２１１と重なる領域内の先端側でビア２５０を介して接続されている。また、第２の電極２０２と第２の電極パッド２１２とは、第２くし状電極部２０２bの第２の電極パッド２１２と重なる領域内の先端側でビア２５０を介して接続されている。さらに、第３の電極２０３と第３の電極パッド２１３とは、第３くし状電極部２０３bの第３の電極パッド２１３と重なる領域内の先端側でビア２５０を介して接続されている。
【０１１６】
これにより、第１くし状電極部２０１b,２０１cと第２くし状電極部２０２bと第３くし状電極部２０３bにおける電流経路が短くなり、オン抵抗をより低くすることができる。
【０１１７】
なお、ゲート電極２０５(図１３に示す)とゲート電極パッド２１５とは、図示しないビアを介して接続している。また、第１,第２,第３の電極と第１,第２,第３の電極パッドとを接続するコンタクト部の位置は、電極と電極パッドが重なる領域内の先端側のみに限らず、他の複数の箇所にコンタクト部を適宜設けてもよい。
【０１１８】
上記第３実施形態の窒化物半導体装置は、第１実施形態の窒化物半導体装置における第２の電極２の第２直線状基部２aと第３の電極３の第３直線状基部３aの効果を除いて第１実施形態の窒化物半導体装置と同様の効果を有する。
【０１１９】
〔第４実施形態〕
図１５はこの発明の第４実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図を示している。この発明の第４実施形態の窒化物半導体装置は、第１〜第３くし状電極部の端部の形状およびそれに対向する第１〜第３直線状基部の形状を除いて第１実施形態の窒化物半導体装置と同一の構成をしている。
【０１２０】
この窒化物半導体装置は、Ｓi基板(図示せず)に、窒化物半導体層の一例としてのアンドープＧaＮ層,アンドープＡlＧaＮ層(図示せず)を形成している。このアンドープＧaＮ層とアンドープＡlＧaＮ層との界面に２ＤＥＧ(２次元電子ガス)が発生する。ここで、基板は、Ｓi基板に限らず、サファイヤ基板やＳiＣ基板を用いてもよく、サファイヤ基板やＳiＣ基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、ＧaＮ基板にＡlＧaＮ層を成長させる等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。
【０１２１】
図１５に示すように、上記窒化物半導体層(ＧaＮ層,ＡlＧaＮ層)上に、第１直線状基部３０１aと、その第１直線状基部３０１aから両側方に延びた複数のくし状電極からなる第１くし状電極部３０１b,３０１cとを有する第１の電極３０１を形成している。第１くし状電極部３０１bは、この発明の窒化物半導体装置の第１電極群の一例であり、第１くし状電極部３０１cは、この発明の窒化物半導体装置の第３電極群の一例である。
【０１２２】
また、窒化物半導体層上に、第１の電極３０１の左側方に、第１の電極３０１の第１直線状基部３０１aに対して平行な第２直線状基部３０２aと、その第２直線状基部３０２aから第１の電極３０１側に向かって延びた複数のくし状電極からなる第２くし状電極部３０２bとを有する第２の電極３０２を形成している。この第２の電極３０２の第２くし状電極部３０２bは、第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１bと互いに間隔をあけて交互に配列されている。第２くし状電極部３０２bは、この発明の窒化物半導体装置の第２電極群の一例である。
【０１２３】
また、窒化物半導体層上に、第１の電極３０１の右側方に、第１の電極３０１の第１直線状基部３０１aに対して平行な第３直線状基部３０３aと、その第３直線状基部３０３aから第１の電極３０１側に向かって延びた複数のくし状電極からなる第３くし状電極部３０３bとを有する第３の電極３０３を形成している。この第３の電極３０３の第３くし状電極部３０３bは、第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１cと互いに間隔をあけて交互に配列されている。第３くし状電極部３０３bは、この発明の窒化物半導体装置の第４電極群の一例である。
【０１２４】
そして、上記第２の電極３０２の第２直線状基部３０２aの一端(図１５の上側)と第３の電極３０３の第３直線状基部３０３aの一端(図１５の上側)とを接続電極３０６を介して接続している。一方、上記第２の電極３０２の第２直線状基部３０２aの他端(図１５の下側)と第３の電極３０３の第３直線状基部３０３aの他端(図１５の下側)とを接続電極７を介して接続している。
【０１２５】
上記第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１b,３０１cと第２の電極３０２の第２くし状電極部３０２bと第３の電極３０３の第３くし状電極部３０３bの各端部３１１,３１２,３１３は、半円形状をしている。また、第１の電極３０１の第１直線状基部３０１aは、第２の電極３０２の第２くし状電極部３０２bの各端部３１２に対向する領域に、第２の電極３０２の第２くし状電極部３０２bの各端部３１２の半円形状に応じた湾曲凹部３２１を有する。さらに、第３の電極３０３の第３くし状電極部３０３bの各端部３１３に対向する領域に、第３の電極３０３の第３くし状電極部３０３bの各端部３１３の半円形状に応じた湾曲凹部３２３を有する。なお、第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１b,３０１cと第２の電極３０２の第２くし状電極部３０２bと第３の電極３０３の第３くし状電極部３０３bの各端部３１１,３１２,３１３は、半円形状に限らず、少なくとも半円形状または半楕円形状を含む丸みを帯びた形状であればよい。
【０１２６】
また、上記第２の電極３０２の第２くし状電極部３０２bの各端部３１２の先端と、その先端に対向する第１の電極３０１の第１直線状基部３０１aの湾曲凹部３２１との間隔は、第１の電極３０１と第２の電極３０２とに挟まれた領域のうちで最も広くなっている。また、第３の電極３０３の第３くし状電極部３０３bの各端部３１３の先端と、その先端に対向する第１の電極３０１の第１直線状基部３０１aの湾曲凹部３２１との間隔は、第１の電極３０１と第３の電極３０３とに挟まれた領域のうちで最も広くなっている。
【０１２７】
また、第２の電極３０２の第２直線状基部３０２aは、第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１b,３０１cの各端部３１１に対向する領域に、第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１b,３０１cの各端部３１１の半円形状に応じた湾曲凹部３２２を有する。また、第３の電極３０３の第３直線状基部３０３aは、第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１b,３０１cの各端部３１１に対向する領域に、第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１b,３０１cの各端部３１１の半円形状に応じた湾曲凹部３２３を有する。
【０１２８】
上記第４実施形態の窒化物半導体装置は、第１実施形態の窒化物半導体装置と同様の効果を有する。
【０１２９】
また、上記第２,第３の電極３０２,３０３の第２,第３くし状電極部３０２b,３０３bの半円形状の各端部３１２,３１３に、第１の電極３０１の第１直線状基部３０１aの湾曲凹部３２１が対向していることによって、第２,第３くし状電極部の各端部に角部がある場合に比べて電界集中を緩和して、壊れにくい構造を実現することができる。電極が四角形状では、電極の角部に電界が集中するため、デバイスが壊れやすくなるが、本構造では、電界が集中するポイントを緩和する構造となっているため、デバイスが壊れにくい構造となる。
【０１３０】
また、上記第２の電極３０２の第２くし状電極部３０２bの各端部３１２の先端と、その先端に対向する第１の電極３０１の第１直線状基部３０１aの湾曲凹部３２１との間隔を、第１の電極３０１と第２の電極３０２とに挟まれた領域のうちで最も広くし、第３の電極３０３の第３くし状電極部３０３bの各端部３１３の先端と、その先端に対向する第１の電極３０１の第１直線状基部３０１aの湾曲凹部３２１との間隔を、第１の電極３０１と第３の電極３０３とに挟まれた領域のうちで最も広くすることによって、電界が集中しやすい第２,第３くし状電極部３０３bの各端部３１３の先端に対して、対向する第１の電極３０１の第１直線状基部３０１aの湾曲凹部３２１を最も離すことで電界集中をさらに緩和して、より壊れにくい構造を実現することができる。
【０１３１】
上記第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１b,３０１cの半円形状の各端部３１１に、第２,第３の電極３０２,３０３の第２,第３直線状基部３０２a,３０３aの湾曲凹部３２２,３２３が対向していることによって、第１くし状電極部の各端部に角部がある場合に比べて電界集中を緩和して、壊れにくい構造を実現することができる。
【０１３２】
また、上記第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１bの各端部の先端と、その先端に対向する第２の電極３０２の第２直線状基部３０２aの湾曲凹部との間隔は、第１の電極３０１と第２の電極３０２とに挟まれた領域のうちで最も広くし、第１の電極３０１の第１くし状電極部３０１cの各端部の先端と、その先端に対向する第３の電極３０３の第３直線状基部３０３aの湾曲凹部との間隔は、第１の電極３０１と第３の電極３０３とに挟まれた領域のうちで最も広くすることによって、電界が集中しやすい第１くし状電極部３０１b,３０１cの各端部の先端に対して、対向する第２,第３の電極３０２,３０３の第２,第３直線状基部３０２a,３０３aの湾曲凹部３２２,３２３を最も離すことで電界集中をさらに緩和して、より壊れにくい構造を実現することができる。
【０１３３】
なお、上記第４実施形態では、第２直線状基部１０２aを有する第２の電極１０２と第３直線状基部１０３aを有する第３の電極１０３を用いた窒化物半導体装置について説明したが、第２直線状基部と第３直線状基部はなくともよい。
【０１３４】
〔第５実施形態〕
図１９はこの発明の第５実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図を示している。
【０１３５】
この窒化物半導体装置は、図１９に示すように、Ｓi基板(図示せず)上に、窒化物半導体層の一例としてのアンドープＧaＮ層７２１,アンドープＡlＧaＮ層７２２(図２３に示す)を形成している。このアンドープＧaＮ層７２１とアンドープＡlＧaＮ層７２２との界面に２ＤＥＧ(２次元電子ガス)が発生する。ここで、基板は、Ｓi基板に限らず、サファイヤ基板やＳiＣ基板を用いてもよく、サファイヤ基板やＳiＣ基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、ＧaＮ基板にＡlＧaＮ層を成長させる等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。
【０１３６】
図１９に示すように、上記窒化物半導体層(ＧaＮ層７２１,ＡlＧaＮ層７２２)上に、複数のくし状電極を列状に配した第１電極群７０１と、第１電極群７０１の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第２電極群７０２とを形成している。また、窒化物半導体層(ＧaＮ層７２１,ＡlＧaＮ層７２２)上に、第１,第２電極群７０１,７０２の側方に第１,第２電極群７０１,７０２の列に対して配列方向が平行になるように配列された複数のくし状電極からなる第３電極群７０３と、第３電極群７０３の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第４電極群７０４とを形成している。さらに、窒化物半導体層(ＧaＮ層７２１,ＡlＧaＮ層７２２)上に、第３,第４電極群７０３,７０４の側方に第３,第４電極群７０３,７０４の列に対して配列方向が平行になるように配列された複数のくし状電極からなる第５電極群７０５と、第５電極群７０５の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第６電極群７０６とを形成している。上記第１〜第６電極群７０１〜７０６には、Ｔi／Ａuなどを用いている。
【０１３７】
上記第１,第３,第５電極群７０１,７０３,７０５がドレイン電極となる一方、第２,第４,第６電極群７０２,７０４,７０６がソース電極となる。図１９では、図を見やすくするために第２,第４,第６電極群７０２,７０４,７０６の複数のくし状電極に斜線を付している。
【０１３８】
また、上記窒化物半導体層(ＧaＮ層７２１,ＡlＧaＮ層７２２)上に、第１電極群７０１と第２電極群７０２との間および第３電極群７０３と第４電極群７０４との間および第５電極群７０５と第６電極群７０６との間に、ソース電極となる第２,第４,第６電極群７０２,７０４,７０６寄りにゲート電極７６０を形成している。このゲート電極７６０は、縦方向と横方向に延在するように格子状に形成されており、ゲート電極７６０の各四角形の内側に第１〜第６電極群７０１〜７０６のくし状電極が１つずつ配置されている。また、ゲート電極７６０は、ドレイン電極となる第１,第３,第５電極群７０１,７０３,７０５よりもソース電極となる第２,第４,第６電極群７０２,７０４,７０６に近い側に設けられている。
【０１３９】
次に、図２０に示すように、ソース電極となる第２,第４,第６電極群７０２,７０４,７０６の長手方向に一列に並ぶ３つのくし状電極毎に、その３つのくし状電極を覆うようにソース中間配線７０７を形成している。その一列に並ぶ３つのくし状電極をソース中間配線７０７を介して互いに電気的に接続している。また、ドレイン電極となる第１,第３,第５電極群７０１,７０３,７０５のくし状電極を１つずつ覆うように、第１,第３,第５電極群７０１,７０３,７０５の各くし状電極に電気的に接続されたドレイン中間配線７０８を形成している。
【０１４０】
なお、ソース中間配線７０７のように、ドレイン電極となる第１,第３,第５電極群７０１,７０３,７０５の長手方向に一列に並ぶ３つのくし状電極毎に、その３つのくし状電極を覆うようにドレイン中間配線を形成して、その一列に並ぶ３つのくし状電極をドレイン中間配線を介して互いに電気的に接続してもよい。
【０１４１】
そして、上記第１〜第６電極群７０１〜７０６とゲート電極７６０とソース中間配線７０７とドレイン中間配線７０８を覆うように、Ｓi基板上に層間絶縁膜７４０(図２３に示す)を形成している。この層間絶縁膜７４０には、ポリイミドやＳＯＧやＢＰＳＧなどの絶縁材料を用いている。
【０１４２】
また、図１５に示す窒化物半導体装置と同様に、第１,第３,第５電極群７０１,７０３,７０５のくし状電極の端部および第２,第４,第６電極群７０２,７０４,７０６のくし状電極の端部を半円形状にしてもよい。それによって、電極端部の電界集中を抑制できる。
【０１４３】
次に、図２１に示すように、第１,第３電極群７０１,７０３の互いに隣接する側を含む領域に対応する層間絶縁膜７４０(図２３に示す)上の領域に、第１,第３電極群７０１,７０３にビア７５０(図２３に示す)を介して接続された第１の電極パッド７１１を形成している。また、第２電極群７０２の第３,第４電極群７０３,７０４側と反対の側を含む領域に対応する層間絶縁膜７４０上の領域に、第２電極群７０２にビア７５０介して接続された第２の電極パッド７１２を形成している。また、第３,第５電極群７０３,７０５の互いに隣接する側を含む領域に対応する層間絶縁膜７４０上の領域に、第３,第５電極群７０３,７０５にビア７５０を介して接続された第３の電極パッド７１３を形成している。さらに、第６電極群７０６の第３,第４電極群７０３,７０４側と反対の側を含む領域に対応する層間絶縁膜７４０上の領域に形成され、第６電極群７０６にビア７５０を介して接続された第４の電極パッド７１４を形成している。ビア７５０は、この発明の窒化物半導体装置のコンタクト部の一例である。
【０１４４】
上記第１の電極パッド７１１と第２の電極パッド７１２と第３の電極パッド７１３と第４の電極パッド７１４は、各中間配線に対して直交する方向に平行に配置されている。また、第４の電極パッド７１４の右下コーナーに切り欠き領域を設け、その切り欠き領域にゲート電極パッド７１５を形成している。
【０１４５】
ここで、第１,第２,第３,第４の電極パッド７１１,７１２,７１３,７１４およびゲート電極パッド７１５には、Ｔi／ＡuまたはＴi／Ａlなどを用いている。
【０１４６】
図２２では、第１,第２,第３,第４の電極パッド７１１,７１２,７１３,７１４およびゲート電極パッド７１５に対してワイヤボンディングした状態を示している。図２２に示すように、第１,第２,第３,第４の電極パッド７１１,７１２,７１３,７１４に線径の太いワイヤ７６１の一端をボンディングすると共に、ゲート電極パッド７１５に線径の細いワイヤ７６２の一端をボンディングしている。
【０１４７】
図２３は図２２のXXIII−XXIII線から見た要部の断面図を示しており、Ｓi基板(図示せず)上にアンドープＧaＮ層７２１とアンドープＡlＧaＮ層７２２を形成し、ＧaＮ層７２１,ＡlＧaＮ層７２２の一部を除去してオーミック接触させた第４電極群７０４(ソース電極)および第３電極群７０３(ドレイン電極)を形成している。このＧaＮ層７２１とＡlＧaＮ層７２２で窒化物半導体層７２０を構成し、ＧaＮ層７２１とＡlＧaＮ層７２２との界面で２ＤＥＧ(２次元電子ガス)が発生して、チャネル層が形成されている。このチャネル層をゲート電極７６０に電圧を印加することにより制御して、ヘテロ接合電界効果トランジスタをオン・オフさせる。ゲート電極７６０には、ＡlＧaＮ層７２２とショットキー接合する材料として例えばＷＮ／ＷやＴiＮ／Ｔiなどを用いて形成する。
【０１４８】
図２３に示すように、第１〜第６電極群７０１〜７０６は、ＧaＮ層７２１とＡlＧaＮ層７２２との界面よりも下側に達するような構造とすることで、チャネル層とのオーミック性を取りやすくして、コンタクト抵抗の低減を図っている。
【０１４９】
なお、ゲート電極７６０を除くＡlＧaＮ層７２２上に、ＡlＧaＮ層７２２を保護するための絶縁膜を形成してもよい。また、この第５実施形態では、電子供給層となるＡlＧaＮ７２２層上にゲート電極７６０を設けたが、電子供給層となるＡlＧaＮ層上に、２ｎｍ程度の薄いキャップ層としてＧaＮ層を形成してもよい。
【０１５０】
第４電極群７０４(ソース電極)にコンタクトを介して接続され、ゲート電極７６０まで張り出したソース中間配線７０７と、第３電極群７０３(ドレイン電極)にコンタクトを介して接続されたドレイン中間配線７０８を設ける。このドレイン中間配線７０８にビア７５０(コンタクト部)を介して接続された第１の電極パッド７１１を層間絶縁膜７５０上に形成している。
【０１５１】
この第５実施形態では、第１〜第６電極群７０１〜７０６と第１〜第４の電極パッド７１１〜７１４とを接続するコンタクト部としてビア７５０(図２３に示す)を用いたが、コンタクト部はこれに限らず、層間絶縁膜に設けた開口などを用いて第１〜第６電極群と第１〜第４の電極パッドとを夫々接続してもよい。
【０１５２】
上記第５実施形態のマルチフィンガータイプの窒化物半導体装置によれば、フィンガー長を長くすることでゲート長が長くなるとオン抵抗が増大するため、オン抵抗を小さくすることが可能な範囲でフィンガー長を設定して、第１電極群〜第６電極群７０１〜７０６の６つの電極によって窒化物半導体層に活性領域を形成した構成とすることによって、チップ形状の縦横比を大きくすることなく、オン抵抗を小さくしたままで窒化物半導体装置を小型化することができる。
【０１５３】
また、第１電極群〜第６電極群７０１〜７０６上に、第１,第２,第３,第４の電極パッド７１１,７１２,７１３,７１４を夫々配置して、第２の電極パッド７１２を第２電極群７０２に接続し、第１の電極パッド７１１を第１,第３電極群７０１,７０３に接続し、第３の電極パッド７１３を第３,第５電極群７０３,７０５に接続し、第４の電極パッド７１４を第６電極群７０６に接続しているため、ワイヤボンディングやＦＣＢ(Flip Chip Bonding；フリップチップボンディング)において、ワイヤ間および配線間のインダクタンスの影響を小さくできる。
【０１５４】
〔第６実施形態〕
図２４はこの発明の第６実施形態の窒化物半導体装置の電極パターンを示す平面図を示している。この第６実施形態の窒化物半導体装置は、第５,第６電極群およびドレイン中間配線がない点と、ソース中間配線で第２電極群と第４電極群とを接続しない点を除いて、第５実施形態の窒化物半導体装置と同様の構成をしている。
【０１５５】
この窒化物半導体装置は、窒化物半導体層(図示せず)上に、複数のくし状電極を列状に配した第１電極群８０１と、第１電極群８０１の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第２電極群８０２とを形成している。また、窒化物半導体層上に、第１,第２電極群８０１,８０２の側方に第１,第２電極群８０１,８０２の列に対して配列方向が平行になるように配列された複数のくし状電極からなる第３電極群８０３と、第３電極群８０３の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第４電極群８０４とを形成している。上記第１〜第４電極群８０１〜８０４には、Ｔi／Ａuなどを用いている。
【０１５６】
上記第１,第３電極群８０１,８０３がドレイン電極となる一方、第２,第４電極群８０２,８０４がソース電極となる。図２４では、図を見やすくするために第２,第４電極群８０２,８０４の複数のくし状電極に斜線を付している。
【０１５７】
また、上記窒化物半導体層上に、第１電極群８０１と第２電極群８０２との間および第３電極群８０３と第４電極群８０４との間に、ソース電極となる第２,第４電極群８０２,８０４寄りにゲート電極８６０を形成している。
【０１５８】
次に、ソース電極となる第２,第３電極群８０２,８０４のくし状電極毎に、くし状電極を覆うようにソース中間配線８０７を形成している。
【０１５９】
そして、上記第１〜第４電極群８０１〜８０４とゲート電極８６０とソース中間配線８０７を覆うように、Ｓi基板上に層間絶縁膜(図示せず)を形成している。この層間絶縁膜には、ポリイミドやＳＯＧやＢＰＳＧなどの絶縁材料を用いている。
【０１６０】
また、図１５に示すように、第１,第３電極群８０１,８０３のくし状電極の端部および第２,第４電極群８０２,８０４のくし状電極の端部を半円形状にしてもよい。それによって、電極端部の電界集中を抑制できる。
【０１６１】
次に、図２５は上記窒化物半導体装置の電極パッドにワイヤを接続した状態を示している。図２５に示すように、第１,第２電極群８０１,８０２を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域において、第３,第４電極群８０３,８０４から離れた位置に第２の電極パッド８１２(第１ソース電極パッド)を設け、第３,第４電極群８０３,８０４に近い位置に第１の電極パッド８１１Ａ(第１ドレイン電極パッド)を設けている。また、第３,第４電極群８０３,８０４を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域において、第１,第２電極群８０１,８０２に近い位置に第１の電極パッド８１１Ｂ(第２ドレイン電極パッド)を設け、第１,第２電極群８０１,８０２から離れた位置に第３の電極パッド８１３(第２ソース電極パッド)を設けている。また、第３の電極パッド８１３(第２ソース電極パッド)の右下コーナーに切り欠き領域を設け、その切り欠き領域にゲート電極パッド８１５を形成している。
【０１６２】
ここで、第１,第２,第３の電極パッド８１１Ａ,８１１Ｂ,８１２,８１３およびゲート電極パッド８１５には、Ｔi／ＡuまたはＴi／Ａlなどを用いている。
【０１６３】
このように、ドレイン電極パッドを半導体装置の周辺部に設けないようにすることによって、高電圧が印加されるドレイン電極パッドからの電界の影響を半導体装置の外に与えることを抑制することができる。
【０１６４】
図２５に示すように、第１の電極パッド８１１Ａ(第１ドレイン電極パッド)と、第１の電極パッド８１１Ｂ(第２ドレイン電極パッド)と、第２の電極パッド８１２(第１ソース電極パッド)と、第３の電極パッド８１３(第２ソース電極パッド)に線径の太いワイヤ８６１の一端をボンディングすると共に、ゲート電極パッド８１５に線径の細いワイヤ８６２の一端をボンディングしている。
【０１６５】
上記第６実施形態のマルチフィンガータイプの窒化物半導体装置によれば、フィンガー長を長くすることでゲート長が長くなるとオン抵抗が増大するため、オン抵抗を小さくすることが可能な範囲でフィンガー長を設定して、第１電極群〜第４電極群８０１〜８０４の４つの電極によって窒化物半導体層に活性領域を形成した構成とすることによって、チップ形状の縦横比を大きくすることなく、オン抵抗を小さくしたままで窒化物半導体装置を小型化することができる。
【０１６６】
また、第１電極群〜第４電極群８０１〜８０４上に、第１の電極パッド８１１Ａ(第１ドレイン電極パッド),第１の電極パッド８１１Ｂ(第２ドレイン電極パッド),第２の電極パッド８１２(第１ソース電極パッド),第３の電極パッド８１３(第２ソース電極パッド)を夫々配置して、第１の電極パッド８１１Ａ,８１１Ｂを第１,第３電極群８０１,８０３に接続し、第２の電極パッド８１２を第２電極群８０２に接続し、第３の電極パッド８１３を第４電極群８０４に接続しているため、ワイヤボンディングやＦＣＢ(Flip Chip Bonding；フリップチップボンディング)において、ワイヤ間および配線間のインダクタンスの影響を小さくできる。
【０１６７】
図２６は上記窒化物半導体装置の他の例の電極パッドにワイヤを接続した状態を示している。図２６に示すように、第１,第２電極群９０１,９０２を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域において、第３,第４電極群９０３,９０４から離れた位置に第２の電極パッド９１２(第１ソース電極パッド)を設けている。また、第１,第２電極群９０１,９０２を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域において第３,第４電極群９０３,９０４に近い位置と、第３,第４電極群９０３,９０４を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域において第１,第２電極群９０１,９０２に近い位置とを跨ぐように、第１の電極パッド９１１(ドレイン電極パッド)を設けている。さらに、第３,第４電極群９０３,９０４を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域において、第１,第２電極群９０１,９０２から離れた位置に第３の電極パッド９１３(第２ソース電極パッド)を設けている。
【０１６８】
また、第２の電極パッド９１２(第１ソース電極パッド)と第３の電極パッド９１３(第２ソース電極パッド)とを接続する接続電極９１４を設けている。
【０１６９】
図２６に示すように、第１の電極パッド９１１(ドレイン電極パッド)と、第２の電極パッド９１２(第１ソース電極パッド)と、第３の電極パッド９１３(第２ソース電極パッド)に線径の太いワイヤ９６１の一端をボンディングすると共に、ゲート電極パッド９１５に線径の細いワイヤ９６２の一端をボンディングしている。
【０１７０】
図２６に示す窒化物半導体装置では、第２の電極パッド９１２(第１ソース電極パッド)または第３の電極パッド９１３(第２ソース電極パッド)のいずれかにワイヤボンディングすればよいので(図２６では第２の電極パッド９１２)、パッケージ上の制約でワイヤ数を削減する必要があるときには対応することが可能となる。
【０１７１】
この発明の窒化物半導体装置の窒化物半導体は、ＡlxＩnyＧa1-x-yＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるものであればよい。
【０１７２】
また、この発明の窒化物半導体装置は、ＨＦＥＴに限らず、他の構成の電界効果トランジスタであってもよい。
【０１７３】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【０１７４】
また、この発明の窒化物半導体装置は、
基板と、
上記基板上に形成された窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上に形成され、第１直線状基部と、その第１直線状基部から両側方に延びた複数のくし状電極からなる第１くし状電極部とを有する第１の電極と、
上記窒化物半導体層上かつ上記第１の電極の上記第１くし状電極部のうちの一方の側の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第２くし状電極部を有する第２の電極と、
上記窒化物半導体層上かつ上記第１の電極の上記第１くし状電極部のうちの他方の側の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第３くし状電極部を有する第３の電極と、
上記窒化物半導体層上に形成され、上記第１の電極と上記第２の電極との間および上記第１の電極と上記第３の電極との間を折曲して延在するゲート電極と、
上記第１,第２,第３の電極と上記ゲート電極を覆うように上記基板上に形成された層間絶縁膜と、
上記第１,第２,第３の電極が占める領域上でかつ上記第１,第２,第３くし状電極部のある上記窒化物半導体層の活性領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成され、上記第１,第２,第３の電極にコンタクト部を介して夫々接続された第１,第２,第３の電極パッドと
を備え、
上記第１の電極は、ソース電極またはドレイン電極の一方であり、上記第２の電極および上記第３の電極は、上記ソース電極または上記ドレイン電極の他方であることを特徴とする。
【０１７５】
上記構成によれば、マルチフィンガータイプでは、フィンガー長を長くすることによってゲート長が長くして大電流化を図るとオン抵抗が増大する問題に対して、オン抵抗を小さくすることが可能な範囲でフィンガー長を設定して、第１の電極〜第３の電極の３つの電極によって窒化物半導体層に２つの活性領域を形成した構成とすることによって、チップ形状の縦横比を大きくすることなく、オン抵抗を小さくしたままで窒化物半導体装置を小型化することができる。
【０１７６】
また、第１の電極の第１くし状電極部、第２の電極の第２くし状電極部、および、第３の電極の第３くし状電極部上に、第１,第２,第３の電極パッドを夫々並べて配置して、第１くし状電極部と第１の電極パッドを接続し、第２くし状電極部と第２の電極パッドを接続し、第３くし状電極部と第３の電極パッドを接続することによって、ワイヤボンディングやＦＣＢ(Flip  Chip  Bonding；フリップチップボンディング)において、ワイヤ間および配線間のインダクタンスの影響を小さくできる。
【０１７７】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極パッドは、上記第１の電極の上記第１直線状基部および上記第１くし状電極部のうちの上記第１直線状基部側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成され、
上記第２の電極パッドは、上記第２の電極の上記第２くし状電極部のうちの上記第１の電極側と反対の側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成され、
上記第３の電極パッドは、上記第３の電極の上記第３くし状電極部のうちの上記第１の電極側と反対の側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成されている。
【０１７８】
上記実施形態によれば、第１,第２,第３の電極の３つの電極によって形成された窒化物半導体層の活性領域上に、第１,第２,第３の電極パッドを最適な位置に配置して、小さなチップ形状でもワイヤボンディングやＦＣＢを容易に行うことができる。
【０１７９】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極は、上記ドレイン電極であり、
上記第２の電極および上記第３の電極は、上記ソース電極である。
【０１８０】
上記実施形態によれば、第２の電極と第３の電極との間の中央に位置する第１の電極に接続された第１の電極パッドを第２,第３の電極パッドよりも大きくでき、ドレイン電極である第１の電極に接続される第１の電極パッドに、第２,第３の電極パッドに接続するワイヤよりも太いワイヤを接続したりワイヤ本数を増やしたりすることができる。
【０１８１】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極、上記第２の電極、上記第１の電極と上記第２の電極とに挟まれた上記窒化物半導体層の活性領域、および、上記第１の電極と上記第２の電極との間の上記ゲート電極でヘテロ接合電界効果トランジスタが形成され、
上記第１の電極、上記第３の電極、上記第１の電極と上記第３の電極とに挟まれた上記窒化物半導体層の活性領域、および、上記第１の電極と上記第３の電極との間の上記ゲート電極でヘテロ接合電界効果トランジスタが形成されている。
【０１８２】
上記実施形態によれば、ヘテロ接合電界効果トランジスタのヘテロ接合による２次元電子ガスをチャネルとして利用することによって、大電流を制御することができ、この窒化物半導体装置をパワーデバイスに適用することができる。
【０１８３】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極の上記第１くし状電極部と上記第２の電極の上記第２くし状電極部と上記第３の電極の上記第３くし状電極部の各端部は、少なくとも半円形状または半楕円形状を含む丸みを帯びた形状をしており、
上記第１の電極の上記第１直線状基部は、上記第２の電極の上記第２くし状電極部の各端部に対向する領域に、上記第２の電極の上記第２くし状電極部の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有すると共に、上記第３の電極の上記第３くし状電極部の各端部に対向する領域に、上記第３の電極の上記第３くし状電極部の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有する。
【０１８４】
上記実施形態によれば、第２,第３の電極の第２,第３くし状電極部の丸みを帯びた形状の各端部に、第１の電極の第１直線状基部の湾曲凹部が対向していることによって、第２,第３くし状電極部の各端部に角部がある場合に比べて電界集中を緩和して、壊れにくい構造を実現できる。
【０１８５】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第２の電極の上記第２くし状電極部の各端部の先端と、その先端に対向する上記第１の電極の上記第１直線状基部の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極と上記第２の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くなっており、
上記第３の電極の上記第３くし状電極部の各端部の先端と、その先端に対向する上記第１の電極の上記第１直線状基部の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極と上記第３の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くなっている。
【０１８６】
上記実施形態によれば、第２の電極の第２くし状電極部の各端部の先端と、その先端に対向する第１の電極の第１直線状基部の湾曲凹部との間隔を、第１の電極と第２の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くし、第３の電極の第３くし状電極部の各端部の先端と、その先端に対向する第１の電極の第１直線状基部の湾曲凹部との間隔を、第１の電極と第３の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くすることによって、電界が集中しやすい第２,第３くし状電極部の各端部の先端に対して、対向する第１の電極の第１直線状基部の湾曲凹部を最も離すことで電界集中をさらに緩和して、より壊れにくい構造を実現できる。
【０１８７】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極と上記第２の電極との間および上記第１の電極と上記第３の電極との間を折曲して延在する上記ゲート電極は、上記第１,第２,第３の電極のうちの上記ソース電極である側に沿って、上記第１,第２,第３の電極のうちの上記ドレイン電極である側よりも上記ソース電極である側の近傍に設けられている。
【０１８８】
上記実施形態によれば、第１,第２,第３の電極のうちのソース電極である側に沿って、第１,第２,第３の電極のうちのドレイン電極である側よりもソース電極である側の近傍にゲート電極を設けることによって、ゲート電極とドレイン電極との間の耐圧を大きくできる。
【０１８９】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第２の電極は、上記窒化物半導体層上かつ上記第２くし状電極部の上記第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように形成され、上記第１の電極の上記第１直線状基部に対して平行な第２直線状基部を有すると共に、
上記第３の電極は、上記窒化物半導体層上かつ上記第３くし状電極部の上記第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように形成され、上記第１の電極の上記第１直線状基部に対して平行な第３直線状基部を有する。
【０１９０】
上記実施形態によれば、窒化物半導体層上かつ第２の電極の第２くし状電極部の第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように、第１の電極の第１直線状基部に対して平行な第２直線状基部を形成すると共に、窒化物半導体層上かつ第３の電極の第３くし状電極部の第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように、第１の電極の第１直線状基部に対して平行な第３直線状基部を形成することによって、第２の電極の第２くし状電極部の複数のくし状電極が第２直線状基部により共通接続されると共に、第３の電極の第３くし状電極部の複数のくし状電極が第３直線状基部により共通接続されるので、第２の電極および第３の電極における電流経路を短くして、オン抵抗を低くできる。
【０１９１】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極の上記第１くし状電極部の各端部は、少なくとも半円形状または半楕円形状を含む丸みを帯びた形状をしており、
上記第２の電極の上記第２直線状基部は、上記第１の電極の上記第１くし状電極部の各端部に対向する領域に、上記第１の電極の上記第１くし状電極部の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有すると共に、
上記第３の電極の上記第３直線状基部は、上記第１の電極の上記第１くし状電極部の各端部に対向する領域に、上記第１の電極の上記第１くし状電極部の各端部の上記丸みを帯びた形状に応じた湾曲凹部を有する。
【０１９２】
上記実施形態によれば、第１の電極の第１くし状電極部の丸みを帯びた形状の各端部に、第２,第３の電極の第２,第３直線状基部の湾曲凹部が対向していることによって、第１くし状電極部の各端部に角部がある場合に比べて電界集中を緩和して、壊れにくい構造を実現できる。
【０１９３】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第１の電極の上記第１くし状電極部の各端部の先端と、その先端に対向する上記第２の電極の上記第２直線状基部の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極と上記第２の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くなっており、
上記第１の電極の上記第１くし状電極部の各端部の先端と、その先端に対向する上記第３の電極の上記第３直線状基部の上記湾曲凹部との間隔は、上記第１の電極と上記第３の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くなっている。
【０１９４】
上記実施形態によれば、第１の電極の第１くし状電極部の各端部の先端と、その先端に対向する第２の電極の第２直線状基部の湾曲凹部との間隔は、第１の電極と第２の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くし、第１の電極の第１くし状電極部の各端部の先端と、その先端に対向する第３の電極の第３直線状基部の湾曲凹部との間隔は、第１の電極と第３の電極とに挟まれた領域のうちで最も広くすることによって、電界が集中しやすい第１くし状電極部の各端部の先端に対して、対向する第２,第３の電極の第２,第３直線状基部の湾曲凹部を最も離すことで電界集中をさらに緩和して、より壊れにくい構造を実現できる。
【０１９５】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第３の電極は、上記窒化物半導体層上かつ上記第３くし状電極部の上記第１の電極側と反対の側の各端部を接続するように形成され、上記第１の電極の上記第１直線状基部に対して平行な第３直線状基部を有し、
上記第３の電極の上記第３くし状電極部は、上記第３直線状基部から上記第１の電極と反対の側に向かって延びた複数のくし状電極を含み、
上記窒化物半導体層上かつ上記第３の電極の上記第３くし状電極部のうちの上記第１の電極と反対の側の複数のくし状電極と互いに間隔をあけて交互に配列された複数のくし状電極からなる第４くし状電極部を有する第４の電極と
を備えた。
【０１９６】
上記実施形態によれば、第１の電極〜第４の電極の４つの電極によって窒化物半導体層に３つの活性領域を形成でき、チップ形状の縦横比を大きくすることなく、オン抵抗を小さくしたままでさらに大電流化に対応できる。
【０１９７】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記第４の電極の上記第４くし状電極部のうちの上記第３の電極側と反対の側の一部を含む領域に対応する上記層間絶縁膜上の領域に形成され、上記第４の電極に上記コンタクト部を介して接続された第４の電極パッドを備えた。
【０１９８】
上記実施形態によれば、第４の電極の第４くし状電極部のうちの第３の電極側と反対の側の一部を含む領域に対応する層間絶縁膜上の領域に形成された第４の電極パッドをコンタクト部を介して第４の電極に接続することによって、第１の電極と同じソース電極またはドレイン電極への接続ワイヤの本数を増やすことができ、さらなる大電流化に対応できる。
【符号の説明】
【０１９９】
１…第１の電極
１a…第１直線状基部
１b,１c…第１くし状電極部
２…第２の電極
２a…第２直線状基部
２b…第２くし状電極部
３…第３の電極
３a…第３直線状基部
３b…第３くし状電極部
５…ゲート電極
１０…Ｓi基板
１１…第１の電極パッド
１２…第２の電極パッド
１３…第３の電極パッド
１５…ゲート電極パッド
２０…窒化物半導体層
２１…ＧaＮ層
２２…ＡlＧaＮ層
３０…絶縁膜
４０…層間絶縁膜
５０…ビア
１０１…第１の電極
１０１a…第１直線状基部
１０１b,１０１c…第１くし状電極部
１０２…第２の電極
１０２a…第２直線状基部
１０２b…第２くし状電極部
１０３…第３の電極
１０３a…第３直線状基部
１０３b,１０３c…第３くし状電極部
１０４…第４の電極
１０４a…第４直線状基部
１０４b…第４くし状電極部
１１１…第１の電極パッド
１１２…第２の電極パッド
１１３…第３の電極パッド
１１４…第４の電極パッド
１１５…ゲート電極パッド
２０１…第１の電極
２０１a…第１直線状基部
２０１b,２０１c…第１くし状電極部
２０２…第２の電極
２０２b…第２くし状電極部
２０３…第３の電極
２０３b…第３くし状電極部
２０５…ゲート電極
２１１…第１の電極パッド
２１２…第２の電極パッド
２１３…第３の電極パッド
２１５…ゲート電極パッド
２２０…窒化物半導体層
２２１…ＧaＮ層
２２２…ＡlＧaＮ層
２３０…絶縁膜
２４０…層間絶縁膜
２５０…ビア
３０１…第１の電極
３０１a…第１直線状基部
３０１b,３０１c…第１くし状電極部
３０２…第２の電極
３０２a…第２直線状基部
３０２b…第２くし状電極部
３０３…第３の電極
３０３a…第３直線状基部
３０３b…第３くし状電極部
７０１…第１電極群
７０２…第２電極群
７０３…第３電極群
７０４…第４電極群
７０５…第５電極群
７０６…第６電極群
７０７…ソース中間配線
７０８…ドレイン中間配線
７１１…第１の電極パッド
７１２…第２の電極パッド
７１３…第３の電極パッド
７１４…第４の電極パッド
７１５…ゲート電極パッド
７２０…窒化物半導体層
７２１…ＧaＮ層
７２２…ＡlＧaＮ層
７５０…層間絶縁膜
７６０…ゲート電極
８０１…第１電極群
８０２…第２電極群
８０３…第３電極群
８０４…第４電極群
８０７…ソース中間配線
８１１Ａ,８１１Ｂ…第１の電極パッド
８１２…第２の電極パッド
８１３…第３の電極パッド
８１５…ゲート電極パッド
８６０…ゲート電極
９０１…第１電極群
９０２…第２電極群
９０３…第３電極群
９０４…第４電極群
９０７…ソース中間配線
９６０…ゲート電極
９１１…第１の電極パッド
９１２…第２の電極パッド
９１３…第３の電極パッド
９１４…接続電極
９１５…ゲート電極パッド
【図１】
2012043334.tif 000003
【図２】
2012043334.tif 000004
【図３】
2012043334.tif 000005
【図４】
2012043334.tif 000006
【図５】
2012043334.tif 000007
【図６】
2012043334.tif 000008
【図７】
2012043334.tif 000009
【図８】
2012043334.tif 000010
【図９】
2012043334.tif 000011
【図１０】
2012043334.tif 000012
【図１１】
2012043334.tif 000013
【図１２】
2012043334.tif 000014
【図１３】
2012043334.tif 000015
【図１４】
2012043334.tif 000016
【図１５】
2012043334.tif 000017
【図１６】
2012043334.tif 000018
【図１７】
2012043334.tif 000019
【図１８】
2012043334.tif 000020
【図１９】
2012043334.tif 000021
【図２０】
2012043334.tif 000022
【図２１】
2012043334.tif 000023
【図２２】
2012043334.tif 000024
【図２３】
2012043334.tif 000025
【図２４】
2012043334.tif 000026
【図２５】
2012043334.tif 000027
【図２６】
2012043334.tif 000028
【国際調査報告】
2012043334.tif 000029
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