(57)【要約】【課題】部品を外付けすることなく高い静電破壊耐量を有する表面弾性波素子が得られる。【解決手段】実施形態の半導体装置は、圧電基板上に配置され、電極指を有する表面弾性波素子と、圧電基板上に配置され、金属酸化物半導体層を含む能動素子である静電破壊保護素子と、を備える。【選択図】図４
2020057971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に配置され、電極指を有する表面弾性波素子と、
前記圧電基板上に配置され、金属酸化物半導体層を含む能動素子である静電破壊保護素子と、を備える、
半導体装置。
【請求項２】
前記圧電基板は、
前記表面弾性波素子および前記静電破壊保護素子を支持する基板のうち、前記表面弾性波素子の前記電極指および前記静電破壊保護素子の前記金属酸化物半導体層に最近接する基板である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記静電破壊保護素子は、ダイオード及びトランジスタの少なくともいずれかである、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記静電破壊保護素子は、
ショットキー電極と、
オーミック電極と、を有するショットキーバリアダイオードであり、
前記金属酸化物半導体層は、前記ショットキー電極と前記オーミック電極とに挟まれており、上面視において前記ショットキー電極および前記オーミック電極のうち前記金属酸化物半導体層の下層にあたる電極の内側にある、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記能動素子が含む前記金属酸化物半導体層の金属酸化物は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｃｄ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｙ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇａ、及びＡｌを含む群から選択される１以上の金属元素の酸化物を主成分とする、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記表面弾性波素子は、アンテナに接続される受信側フィルタである、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
圧電基板上に一部が開口したマスクパターンを形成するステップと、
前記マスクパターンをマスクに電極指を形成するステップと、
前記マスクパターンを除去するステップと、を含む表面弾性波素子の形成ステップを行った後、
金属酸化物半導体層を前記圧電基板上に形成するステップを含む、能動素子である静電破壊保護素子の形成ステップを行う、
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記静電破壊保護素子の形成ステップは４００℃以下の温度で行われる、
請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記金属酸化物半導体層を形成するステップは、
前記圧電基板上に一部が開口したマスクパターンを形成するステップと、
前記マスクパターンをマスクに前記金属酸化物半導体層を形成するステップと、
前記マスクパターンを除去するステップと、を含む、
請求項７または請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記金属酸化物半導体層はショットキー電極またはオーミック電極上に形成され、
前記静電破壊保護素子の形成ステップは、前記金属酸化物半導体層が上面視において前記ショットキー電極または前記オーミック電極のうち前記金属酸化物半導体層の下層にあたる電極の内側に配置されるよう、前記金属酸化物半導体層の外周部を除去するステップを含む、
請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振子、フィルタなどの回路素子として、圧電基板上に櫛形電極を形成した表面弾性波素子が知られている。表面弾性波素子は静電破壊を起こしやすいため、静電破壊保護素子と共に用いられる場合がある。静電破壊保護素子としては、例えばキャパシタ等の受動素子が使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３０３４０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０３５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、携帯電話等の情報通信機器などの分野において、これまでにない高周波の表面弾性波素子が求められている。これに伴い、静電破壊耐量に対する要求が高まってきている。受動素子からなる静電破壊保護素子では、この要求に対応することはできない。ダイオード等の能動素子からなる静電破壊保護素子は、より高い静電破壊耐量を有するが、圧電基板上に形成することができず外付けしなければならない。
【０００５】
本発明の実施形態は、部品を外付けすることなく高い静電破壊耐量を有する表面弾性波素子が得られる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置は、圧電基板上に配置され、電極指を有する表面弾性波素子と、前記圧電基板上に配置され、金属酸化物半導体層を含む能動素子である静電破壊保護素子と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、部品を外付けすることなく高い静電破壊耐量を有する表面弾性波素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態１にかかる半導体装置の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態にかかる表面弾性波素子および静電破壊保護素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図３】図３は、実施形態１にかかる表面弾性波素子の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る静電破壊保護素子の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る静電破壊保護素子の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る静電破壊保護素子の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る静電破壊保護素子の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る静電破壊保護素子の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図９】図９は、実施形態１にかかる静電破壊保護素子または比較例にかかる静電破壊保護素子が接続された表面弾性波素子の周波数特性をシミュレーションしたグラフである。
【図１０】図１０は、実施形態２にかかる半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１０】
［実施形態１］
図１〜図９を用い、実施形態１について説明する。
【００１１】
（半導体装置の構成例）
図１は、実施形態１にかかる半導体装置１の全体構成を示す図である。図１に示すように、実施形態の半導体装置１は、信号線ＳＬと接地線ＧＬとに接続される表面弾性波素子２０及び静電破壊保護素子３０を圧電基板１０上に備える。
【００１２】
信号線ＳＬは、入力端子ＩＴと出力端子ＯＴとを端部に有する。信号線ＳＬは、また、表面弾性波素子２０及び静電破壊保護素子３０を介して接地線ＧＬに接続される。接地線ＧＬは接地端子ＧＴを両端部に有する。
【００１３】
表面弾性波素子２０は、複数の櫛形電極２１（２１ａ〜２１ｆ）及びそれらの櫛形電極２１に付随する反射電極２２（２２ａ〜２２ｆ）を備える。個々の櫛形電極２１は、櫛形の電極指が２つ組み合わされた構成を有する。櫛形電極２１ａ〜２１ｄは、信号線ＳＬに接続され、入力端子ＩＴから入力された信号から所定波長の信号を抽出する。櫛形電極２１ｅ，２１ｆは、信号線ＳＬと接地線ＧＬとの間に接続され、入力端子ＩＴから入力された信号のうち、不要な波長の信号を反射させることによってこれを除去する。反射電極２２は、両端が互いに連結された複数の電極指を有する。反射電極２２は、個々の櫛形電極２１の両側に配置され、その櫛形電極２１からの信号を再び櫛形電極２１へと反射させる。
【００１４】
静電破壊（ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）保護素子３０（３０ａ，３０ｂ）は、例えば、金属酸化物半導体層３４ｍｔを含む能動素子であるショットキーバリアダイオードとして構成されている。これらの静電破壊保護素子３０ａ，３０ｂは、信号線ＳＬと接地線ＧＬとの間でバックツーバック接続される。すなわち、静電破壊保護素子３０ａの下部電極３０ｂｅは信号線ＳＬに接続され、上部電極３０ｓｅは接地線ＧＬに接続される。静電破壊保護素子３０ｂの上部電極３０ｓｅは信号線ＳＬに接続され、下部電極３０ｂｅは接地線ＧＬに接続される。信号線ＳＬの入力端子ＩＴまたは出力端子ＯＴに静電気が印加されると、静電破壊保護素子３０は静電気を接地線ＧＬへと逃がす。これにより、表面弾性波素子２０の静電破壊が抑制される。
【００１５】
静電破壊保護素子３０は、それぞれ例えば１００μｍ角程度の大きさであり、表面弾性波素子２０から例えば５００μｍ以内の距離を置いて配置される。これにより、表面弾性波素子２０が配置された圧電基板１０上の空きスペースに、静電破壊保護素子３０を配置することができる。
【００１６】
なお、図１においては、静電破壊保護素子３０を２つのみ示したが、静電破壊保護素子３０の個数はこれに限られない。信号線ＳＬおよび接地線ＧＬ間において、複数の静電破壊保護素子３０を直列に接続していくことで、静電破壊保護素子３０の個数を増やすことができる。
【００１７】
半導体装置１が備える表面弾性波素子２０の動作について更に詳細に説明する。
【００１８】
表面弾性波素子２０において、櫛形電極２１に信号が入力されると、圧電効果により、櫛形電極２１の隣り合う電極指間の圧電基板１０にひずみが生じる。これにより、櫛形電極２１に表面弾性波が励振される。この表面弾性波は、表面弾性波の波長と電極指のピッチ（周期）とが等しい場合に最も強く励振される。
【００１９】
櫛形電極２１により励振された表面弾性波は、櫛形電極２１に付随する反射電極２２の端部でわずかに反射され、櫛形電極２１へと戻される。反射電極２２の電極指を櫛形電極２１による表面弾性波の１／２波長のピッチ（周期）で並べておくと、反射された表面弾性波は互いに強めあい、櫛形電極２１の電極指間で表面弾性波が同期した定在波が発生する。これにより、特定の周波数帯の周波数信号を取り出すことが可能となる。より高波長の周波数に対応させるには、櫛形電極２１の周期を狭くしていけばよい。
【００２０】
以上のように構成される半導体装置１は、例えば携帯電話等の情報通信機器などのアンテナに接続され、受信側フィルタとして機能する。
【００２１】
（表面弾性波素子および静電破壊保護素子）
次に、図２を用いて、表面弾性波素子２０および静電破壊保護素子３０の詳細の構成について説明する。図２は、実施形態１にかかる表面弾性波素子２０および静電破壊保護素子３０の構成を示す模式的な断面図である。図２において、表面弾性波素子２０および静電破壊保護素子３０は、表面弾性波素子２０が有する櫛形電極２１ａ〜２１ｆの電極指２７ｉｄｌが延在する方向に沿う方向の断面図として示されている。
【００２２】
図２に示すように、表面弾性波素子２０および静電破壊保護素子３０は圧電基板１０上に配置されている。圧電基板１０は、例えば、タンタル酸リチウム（ＬＴ：ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ３）等の圧電性を有する材料を主成分とする。
【００２３】
表面弾性波素子２０の櫛形電極２１および反射電極２２は、例えば、電極層２５ｅｌ，２６ｅｌを備える。電極層２５ｅｌは圧電基板１０上に設けられている。電極層２６ｅｌは、電極層２５ｅｌ上に設けられている。電極層２５ｅｌは、例えば、Ｔｉ、ＡｌＣｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｍｏ、及びＡｇのいずれか１つを主成分とする。電極層２６ｅｌは、例えば、Ｔｉ、ＡｌＣｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、及びＡｇのいずれか１つを主成分とする。例えば電極層２５ｅｌ，２６ｅｌにより、櫛形電極２１および反射電極２２の電極指２７ｉｄｌが構成される。
【００２４】
電極層２６ｅｌには信号線ＳＬが接続されている。電極層２６ｅｌから延びる信号線ＳＬは、静電破壊保護素子３０へと至るサブの信号線ＳＬｓに接続されている。信号線ＳＬｓは、静電破壊保護素子３０の上部電極３０ｓｅと接続されるため、絶縁層４０によって嵩上げされていてもよい。
【００２５】
静電破壊保護素子３０は、上部電極３０ｓｅ、オーミック電極３０ｏｈ、金属酸化物半導体層３４ｍｔ、ショットキー電極３０ｓｈ、及び下部電極３０ｂｅを備える。静電破壊保護素子３０は、ポリイミド等から構成される絶縁層３５ｐｉにより外周部全体が取り囲まれて絶縁されている。上部電極３０ｓｅには、信号線ＳＬを介して表面弾性波素子２０へと接続されるサブの信号線ＳＬｓが接続されている。下部電極３０ｂｅには、接地線ＧＬへと接続されるサブの接地線ＧＬｓが接続されている。
【００２６】
下部電極３０ｂｅは、圧電基板１０側から順に積層された電極層３１ｂｅ，３２ｂｅ，３６ｂｅ，３７ｂｅを含む。電極層３１ｂｅは、例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｗ、Ｃｏ、及びＮｉを含む群から選択される１以上の金属または合金を主成分とする。電極層３２ｂｅは、例えば、Ａｕ、Ａｌ等の低抵抗金属を主成分とする。電極層３６ｂｅは、例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｗ、Ｃｏ、及びＮｉを含む群から選択される１以上の金属または合金を主成分とする。電極層３７ｂｅは、例えば、Ａｕ、Ａｌ等の低抵抗金属を主成分とする。接地線ＧＬｓは、下部電極３０ｂｅの最上層の電極層３７ｂｅに接続される。
【００２７】
また、下部電極３０ｂｅの下層の電極層３１ｂｅ，３２ｂｅは、上層の電極層３６ｂｅ，３７ｂｅの下端部から延伸している。電極層３１ｂｅ，３２ｂｅの延伸部分はショットキー領域ＳＡとなっている。延伸部分の電極層３２ｂｅ上にはショットキー電極３０ｓｈが配置されている。
【００２８】
ショットキー電極３０ｓｈは、電極層３２ｂｅ側から順に積層された卑金属層（不図示）、貴金属層（不図示）、及び貴金属酸化物層３３ｐｒを含む。卑金属層は、例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｗ、Ｃｏ、及びＮｉを含む群から選択される１以上の元素、２以上の元素を含む合金、または１以上の元素を含むシリサイドを主成分とする。卑金属層の厚さは、例えば１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。卑金属層は、貴金属酸化物層３３ｐｒと下部電極３０ｂｅとの接触抵抗を低減させ、貴金属酸化物層３３ｐｒと下部電極３０ｂｅとの密着性を向上させる。貴金属層は、例えば、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｔｅ、Ｔｃ、Ｍｎ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｒｈ、及びＣｏを含む群から選択される１以上の金属または合金を主成分とする。貴金属層の厚さは、例えば１ｎｍ以上５００ｎｍであり、好ましくは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、より好ましくは２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。貴金属層は、貴金属酸化物層３３ｐｒが還元されてしまうのを抑制し、かつ、貴金属酸化物層３３ｐｒの平坦性を向上させる。貴金属酸化物層３３ｐｒは、例えば、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｔｅ、Ｔｃ、Ｍｎ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｒｈ、及びＣｏを含む群から選択される１以上の金属元素の酸化物を主成分とする。貴金属酸化物層３３ｐｒの厚さは、例えば１０ｎｍ超であり、好ましくは１５ｎｍ以上であり、より好ましくは３０ｎｍ以上である。貴金属酸化物層３３ｐｒはアモルファスまたは多結晶構造となっている。貴金属酸化物層３３ｐｒは、貴金属酸化物層３３ｐｒ上に配置される金属酸化物半導体層３４ｍｔとショットキー接合する。
【００２９】
ショットキー電極３０ｓｈの貴金属酸化物層３３ｐｒ上には、金属酸化物半導体層３４ｍｔが配置されている。金属酸化物半導体層３４ｍｔは、上面視において貴金属酸化物層３３ｐｒの内側に配置されている。つまり、金属酸化物半導体層３４ｍｔは、貴金属酸化物層３３ｐｒよりも小さく形成されている。金属酸化物半導体層３４ｍｔとは、半導体としての性質を備える金属酸化物の層である。金属酸化物半導体層３４ｍｔを構成する金属酸化物は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｃｄ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｙ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇａ、及びＡｌを含む群から選択される１以上の金属元素の酸化物を主成分とする。金属酸化物半導体層３４ｍｔは、含有される金属元素が異なる複数の層から構成されていてもよい。金属酸化物半導体層３４ｍｔの厚さは、例えば５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。金属酸化物半導体層３４ｍｔはアモルファスまたは多結晶構造となっている。金属酸化物半導体層３４ｍｔは、ショットキーバリアダイオードとして構成される静電破壊保護素子３０において、ショットキー電極３０ｓｈとショットキー接合される半導体層として機能する。
【００３０】
金属酸化物半導体層３４ｍｔ上には、オーミック電極３０ｏｈが配置されている。オーミック電極３０ｏｈは、上部電極３０ｓｅから引き出された形状をとる。オーミック電極３０ｏｈは、金属酸化物半導体層３４ｍｔとの接合部において、上面視で金属酸化物半導体層３４ｍｔの内側に配置されている。つまり、オーミック電極３０ｏｈの接合部は、金属酸化物半導体層３４ｍｔよりも小さく形成されている。
【００３１】
オーミック電極３０ｏｈは、金属酸化物半導体層３４ｍｔ側から順に積層された電極層３６ｏｈ，３７ｏｈを含む。オーミック電極３０ｏｈは、また、電極層３７ｏｈの引き出し部分の下地となる下地層３６ｕｌを含む。電極層３６ｏｈは、例えば電極層３６ｂｅと同じ材料から構成される。電極層３６ｏｈの厚さは、例えば１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、好ましくは、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。電極層３６ｏｈは金属酸化物半導体層３４ｍｔとオーミック接合する。電極層３７ｏｈは、例えば電極層３７ｂｅと同じ材料から構成される。電極層３７ｏｈはオーミック電極３０ｏｈと上部電極３０ｓｅとを接続する。
【００３２】
上部電極３０ｓｅは、ポリイミド等から構成される絶縁層３５ｐｉにより、下部電極３０ｂｅ及びショットキー領域ＳＡから隔離されている。
【００３３】
上部電極３０ｓｅは、圧電基板１０側から順に積層された電極層３１ｓｅ，３２ｓｅ，３６ｓｅ，３７ｓｅを含む。電極層３１ｓｅは、例えば電極層３１ｂｅと同じ材料から構成される。電極層３２ｓｅは、例えば電極層３２ｂｅと同じ材料から構成される。電極層３６ｓｅは、例えば電極層３６ｂｅと同じ材料から構成される。電極層３７ｓｅは、例えば電極層３７ｂｅと同じ材料から構成される。信号線ＳＬｓは、上部電極３０ｓｅの最上層の電極層３７ｓｅに接続される。
【００３４】
（半導体装置の製造処理の例）
次に、図３〜図８を用い、半導体装置１の製造処理の例について説明する。
【００３５】
まずは、図３を用いて、表面弾性波素子２０の製造処理の例について説明する。図３は、実施形態１にかかる表面弾性波素子２０の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。図３において、表面弾性波素子２０は、表面弾性波素子２０が有する櫛形電極２１ａ〜２１ｆの電極指２７ｉｄｌが延在する方向に交わる方向の断面図として示されている。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、圧電基板１０上に、一部が開口したマスクパターンとして、ポジ型のフォトレジスト等から構成されるレジストパターン５１ｐを形成する。レジストパターン５１ｐは、表面弾性波素子２０の櫛形電極２１および反射電極２２が形成される予定の領域に開口を有する。
【００３７】
図３（ｂ）に示すように、レジストパターン５１ｐ上およびレジストパターン５１ｐの開口部を覆うように、圧電基板１０上に導電層２５を蒸着する。導電層２５は、例えばＴｉ等の金属層である。
【００３８】
図３（ｃ）に示すように、レジストパターン５１ｐ上の導電層２５およびレジストパターン５１ｐの開口部の導電層２５を覆うように、圧電基板１０上に導電層２６を蒸着する。導電層２６は、例えばＡｌ等の金属層である。
【００３９】
図３（ｄ）に示すように、フォトレジストの除去液等を用いてレジストパターン５１ｐを圧電基板１０上から剥離する。このとき、レジストパターン５１ｐ上に形成された導電層２５，２６がリフトオフされ、レジストパターン５１ｐの開口部に残った導電層２５，２６が、電極層２５ｅｌ，２６ｅｌを含む電極指２７ｉｄｌとなる。電極指２７ｉｄｌの幅と、電極指２７ｉｄｌ間のそれぞれのスペース幅とは、例えば略１：１の周期を有する。
【００４０】
以上により、表面弾性波素子２０が形成される。
【００４１】
次に、図４〜図８を用いて、静電破壊保護素子３０の製造処理の例について説明する。図４〜図８は、実施形態１に係る静電破壊保護素子３０の製造処理の手順の一例を示すフロー図である。以下の処理において、既に形成済みの表面弾性波素子２０を含む領域は、レジスト膜または絶縁膜等で覆われた状態にある。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、圧電基板１０上に導電層３１をスパッタリングし、導電層３１上に導電層３２をスパッタリングする。導電層３１は例えばＭｏ等の金属層または合金層であり、導電層３１の厚さは例えば５０ｎｍ程度である。導電層３１は、導電層３２と圧電基板１０との接触抵抗を低減させ、導電層３２と圧電基板１０との密着性を向上させる。導電層３２は例えばＡｕ等の低抵抗金属層であり、導電層３２の厚さは例えば１５０ｎｍ程度である。
【００４３】
図４（ｂ）に示すように、導電層３２上にレジストパターン５２ｐを形成する。レジストパターン５２ｐは、上部電極３０ｓｅの下層の電極層３１ｓｅ，３２ｓｅ、及び下部電極３０ｂｅの下層の電極層３１ｂｅ，３２ｂｅが形成される予定の領域を覆っている。
【００４４】
図４（ｃ）に示すように、レジストパターン５２ｐをマスクに、導電層３１，３２をウェットエッチングし、導電層３１，３２がパターニングされた電極層３１ｓｅ，３１ｂｅ，３２ｓｅ，３２ｂｅを形成する。
【００４５】
図４（ｄ）に示すように、フォトレジストの除去液等を用いてレジストパターン５２ｐを電極層３２ｓｅ，３２ｂｅ上から剥離する。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、ショットキー領域ＳＡが開口したレジストパターン５３ｐを形成する。
【００４７】
図５（ｂ）に示すように、レジストパターン５３ｐの開口部であるショットキー領域ＳＡ、及びレジストパターン５３ｐ上に、卑金属層（不図示）、貴金属層（不図示）、貴金属酸化物層３３、及び金属酸化物半導体層３４をこの順にスパッタリングする。貴金属酸化物層３３は、例えばＰｄの酸化物層等であり、５０％以上の酸素を含む雰囲気中でスパッタリングすることができる。金属酸化物半導体層３４は例えばＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｏから構成されるアモルファスＩＧＺＯ層であり、例えば酸素雰囲気、水素雰囲気、水蒸気雰囲気、あるいはそれらのいずれかの混合雰囲気等にてスパッタリングによって成膜することができる。スパッタリング時に圧電基板１０を２００℃以下の温度で加熱してもよい。これらの卑金属層、貴金属層、貴金属酸化物層３３、及び金属酸化物半導体層３４の厚さは、全体で例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度とすることができる。
【００４８】
図５（ｃ）に示すように、フォトレジストの除去液等を用いてレジストパターン５３ｐを除去する。このとき、レジストパターン５３ｐ上に形成された卑金属層、貴金属層、貴金属酸化物層３３、及び金属酸化物半導体層３４がリフトオフされ、ショットキー領域ＳＡに、それぞれがパターニングされた卑金属層、貴金属層、貴金属酸化物層３３ｐ、及び金属酸化物半導体層３４ｐが形成される。
【００４９】
図６（ａ）に示すように、金属酸化物半導体層３４ｐ上にレジストパターン５４ｐを形成する。
【００５０】
図６（ｂ）に示すように、レジストパターン５４ｐをマスクに、金属酸化物半導体層３４ｐをウェットエッチングし、外周部が除去された金属酸化物半導体層３４ｐｐを形成する。これにより、金属酸化物半導体層３４ｐｐは、上面視において貴金属酸化物層３３ｐの内側に形成されることとなる。
【００５１】
図６（ｃ）に示すように、フォトレジストの除去液等を用いてレジストパターン５４ｐを除去する。そして、金属酸化物半導体層３４ｐｐを活性化させるため、大気中にて４００℃以下であって例えば３００℃の温度でアニールする。これにより、金属酸化物半導体層３４ｍｔ、及び金属酸化物半導体層３４ｍｔにショットキー接合する貴金属酸化物層３３ｐｒを含むショットキー電極３０ｓｈが形成される。なお、この熱処理により、先に形成した表面弾性波素子２０の特性に影響を与えることはない。
【００５２】
図７（ａ）に示すように、圧電基板１０の全面に、熱硬化非感光性ポリイミド等からなる絶縁層３５をスピンコートする。絶縁層３５の厚さは、例えば２μｍ程度とすることができる。
【００５３】
図７（ｂ）に示すように、上部電極３０ｓｅと下部電極３０ｂｅとの間の領域、及び上部電極３０ｓｅと下部電極３０ｂｅとの外周を覆うレジストパターン５５ｐを絶縁層３５上に形成する。
【００５４】
図７（ｃ）に示すように、レジストパターン５５ｐをマスクに、絶縁層３５をエッチングし、上部電極３０ｓｅと下部電極３０ｂｅとを隔て、かつ、これらの外周を覆う絶縁層３５ｐを形成する。そして、フォトレジストの除去液等を用いてレジストパターン５５ｐを除去する。その後、例えば大気中にて２００℃の温度で１時間、絶縁層３５ｐを加熱し硬化させる。これにより、絶縁層３５ｐｉが得られる。
【００５５】
図８（ａ）に示すように、レジストパターン５６ｐを形成する。レジストパターン５６ｐは、上部電極３０ｓｅの上層の電極層３６ｓｅ，３７ｓｅ、及び下部電極３０ｂｅの下層の電極層３６ｂｅ，３７ｂｅが形成される予定の領域に開口を有する。
【００５６】
図８（ｂ）に示すように、レジストパターン５６ｐ上およびレジストパターン５６ｐの開口部に、導電層３６，３７を順次、スパッタリングする。導電層３６は例えばＭｏ等の金属層または合金層であり、導電層３６の厚さは例えば１５０ｎｍ程度である。導電層３７は例えばＡｕ等の低抵抗金属層であり、導電層３７の厚さは例えば５００ｎｍ程度である。
【００５７】
図８（ｃ）に示すように、フォトレジストの除去液等を用いてレジストパターン５６ｐを除去する。このとき、レジストパターン５６ｐ上の導電層３６，３７が除去される。これにより、電極層３６ｏｈ、下地層３６ｕｌ、下地層３６ｕｌを下地とする電極層３７ｏｈを含むオーミック電極３０ｏｈが形成される。また、電極層３６ｓｅ，３７ｓｅを含む上部電極３０ｓｅが形成される。また、電極層３６ｂｅ，３７ｂｅを含む下部電極３０ｂｅが形成される。
【００５８】
以上により、静電破壊保護素子３０が形成される。
【００５９】
なお、一例として、ＭＭ（Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｍｏｄｅｌ）法により静電破壊試験を行ったところ、静電破壊保護素子を備えない表面弾性波素子は、印加電圧が６０Ｖを超えると破壊される。しかし、本実施形態の静電破壊保護素子３０を備えることで、表面弾性波素子２０は、印加電圧１４０Ｖに耐えることが確認された。
【００６０】
これ以降、必要に応じて圧電基板１０上に絶縁層４０を形成して高さを嵩上げしたうえで、表面弾性波素子２０と静電破壊保護素子３０とを接続する信号線ＳＬ，ＳＬｓ、静電破壊保護素子３０を接地する接地線ＧＬ，ＧＬｓ等を形成することにより、半導体装置１が得られる。
【００６１】
なお、表面弾性波素子２０の各部を蒸着により形成することとしたが、これに限られない。例えば、導電層２５，２６は、スパッタリングにより形成されてもよい。
【００６２】
また、静電破壊保護素子３０の各部をスパッタリングにより形成することとしたが、これに限られない。例えば、上部電極３０ｓｅ、オーミック電極３０ｏｈ、下部電極３０ｂｅを構成する部材が、蒸着等により形成されてもよい。また例えば、金属酸化物半導体層３４ｍｔ及び貴金属酸化物層３３ｐｒが、イオンプレーティングや化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）法等により形成されてもよい。
【００６３】
（比較例）
表面弾性波素子は静電破壊を起こしやすい。このため、インダクタやキャパシタ等の受動素子を静電破壊保護素子として用いる技術が知られている。受動素子を用いた静電破壊保護素子は静電破壊耐量が低く、電極指間の距離が近接した高波長用の表面弾性波素子を保護するには充分ではない。例えば、近年、開発が進む車載用機器向けの表面弾性波素子等においては、１ｋＶ程度の静電破壊耐量が必要であると見積もられている。
【００６４】
一方で、ダイオードや、ダイオード接続したトランジスタ等の能動素子は、高い静電破壊耐量を備えている。しかしながら、これらの能動素子はシリコンや化合物半導体等の半導体基板上に活性層を形成して作製される。したがって、表面弾性波素子が形成される圧電基板上にこれらの能動素子を作り込むことはできず、表面弾性波素子とは別の部品としてプリント基板等を用いて外付けしなければならない。これは、表面弾性波素子の小型化を妨げ、部品点数およびプロセスコストの増大を招いてしまう。
【００６５】
発明者らは、このような表面弾性波素子の高波長化に伴う新規の課題を解決するため、鋭意研究を重ねた。その結果、同一の圧電基板上に、表面弾性波素子と、能動素子から構成される静電破壊保護素子とを形成する技術を確立した。
【００６６】
実施形態１の半導体装置１は、静電破壊保護素子３０として、金属酸化物半導体層３４ｍｔを含む能動素子であるショットキーバリアダイオードを備える。静電破壊保護素子３０を金属酸化物半導体層３４ｍｔ等から構成することで、半導体基板を用いずとも、圧電基板１０上に静電破壊保護素子３０を形成することができる。これにより、部品を外付けすることなく高い静電破壊耐量を有する表面弾性波素子２０が得られる。
【００６７】
実施形態１の半導体装置１は、ショットキー電極３０ｓｈよりも小さい金属酸化物半導体層３４ｍｔ、及び金属酸化物半導体層３４ｍｔよりも小さい接合部を有するオーミック電極３０ｏｈを備える。これにより、金属酸化物半導体層３４ｍｔと上部電極３０ｓｅとの距離をとることができ、これらの間の寄生容量を低減することができる。
【００６８】
実施形態１の半導体装置１は、例えばＰｄの酸化物を用いたショットキー電極３０ｓｈ、及びＭｏを用いたオーミック電極３０ｏｈが形成された静電破壊保護素子３０を備える。これにより、順電圧（Ｖｆ）が低く、静電破壊耐量の高い静電破壊保護素子３０を得ることができる。なお、静電破壊保護素子３０はバックツーバック接続されるので、逆方向特性に対する要求はそれほど高くない。
【００６９】
実施形態１の半導体装置１は、薄層化されたアモルファスまたは多結晶構造の金属酸化物半導体層３４ｍｔを含む静電破壊保護素子３０を備える。これにより、金属酸化物半導体層３４ｍｔ形成時のスパッタリング温度やアニール温度等を低く抑えることができ、表面弾性波素子２０への熱履歴の影響を低減することができる。表面弾性波素子２０の温度耐性は高くなく、表面弾性波素子２０に許容される熱履歴は、例えば４００℃以下、より厳しくは３００℃以下である。
【００７０】
発明者らは、これらに加え、表面弾性波素子と金属酸化物半導体層を含む静電破壊保護素子との組み合わせにおいて種々の評価を行うなか、予期していなかった効果をも見出した。以下、その結果について説明する。
【００７１】
ダイオードにおいては、非動作時でも所定量の漏れ電流が発生している。この漏れ電流は、温度が高くなるほど多く流れる性質がある。このような性質が、ダイオードが接続される表面弾性波素子にどのような影響を与えるかをシミュレーションしたところ、図９の結果を得た。
【００７２】
図９は、実施形態１にかかる静電破壊保護素子３０または比較例にかかる静電破壊保護素子が接続された表面弾性波素子の周波数特性をシミュレーションしたグラフである。図９のグラフの横軸は周波数（ＭＨｚ）であり、縦軸は表面弾性波素子から出力される信号強度（ｄＢ）である。比較例の静電破壊保護素子は、半導体層としてシリコン層を用いたシリコンダイオードとした。
【００７３】
図９（ａ）に示すように、実施形態１または比較例のダイオードを直列に３つずつ２組、接続した半導体装置の回路を想定した。これらのダイオードを、２５℃、８５℃、１０５℃の各温度における漏れ電流Ｉｓから算出される抵抗値を持つ負荷と見立て、これらのダイオードが接続された表面弾性波素子の周波数特性を、実施形態１および比較例のダイオードのそれぞれについてシミュレーションした。
【００７４】
図９（ｃ）に、比較例のシリコンダイオードが接続された時のシミュレーション結果を示す。図９（ｃ）のグラフに示すように、シリコンダイオードが接続された表面弾性波素子は、１０５℃の高温時における周波数特性が２５℃の低温時における周波数特性から若干変動していた。
【００７５】
図９（ｂ）に、実施形態１の金属酸化物半導体層を有するダイオードが接続された時のシミュレーション結果を示す。図９（ｂ）のグラフに示すように、実施形態１のダイオードが接続された表面弾性波素子は、高温時においても周波数特性に変化は見られなかった。シリコンダイオードと異なり、金属酸化物半導体層を有するダイオードでは漏れ電流の温度依存性が小さく、このような特性が、表面弾性波素子の周波数特性にも影響を与えることが判明した。
【００７６】
発明者らは、静電破壊耐量が高く、かつ、圧電基板上に形成可能な静電破壊保護素子を求めて本発明をなした。上記評価により、表面弾性波素子における温度特性の向上という副次的な効果も得られることを見出した。
【００７７】
［実施形態２］
次に、図１０を用いて、実施形態２について説明する。実施形態２の半導体装置２は、ダイオード接続されたトランジスタを静電破壊保護素子１３０として用いる点が、上述の実施形態１とは異なる。
【００７８】
図１０は、実施形態２にかかる半導体装置２の構成を示す模式的な断面図である。図１０において、表面弾性波素子２０および実施形態２の静電破壊保護素子１３０は、表面弾性波素子２０が有する櫛形電極２１の電極指２７ｉｄｌが延在する方向に沿う方向の断面図として示されている。
【００７９】
図１０に示すように、半導体装置２は、実施形態１の表面弾性波素子２０を備える。また、半導体装置２は、表面弾性波素子２０が形成される圧電基板１０上に、静電破壊保護素子１３０を備える。
【００８０】
静電破壊保護素子１３０は、金属酸化物半導体層１３４ｍｔを含む能動素子であって、ダイオード接続されたトランジスタとして構成されている。静電破壊保護素子１３０は、圧電基板１０上に絶縁層１３５ｐｉを介在して形成され、ゲート電極１３６ｇｅ、酸化層１３２ｏｘ、金属酸化物半導体層１３４ｍｔ、ソース領域１３４ｓ、及びドレイン領域１３４ｄを備える。ソース領域１３４ｓは、信号線ＳＬｓを介して表面弾性波素子２０に接続される。ドレイン領域１３４ｄは接地線ＧＬｓを介して接地される。
【００８１】
絶縁層１３５ｐｉは、例えばポリイミド等から構成される。絶縁層１３５ｐｉは、圧電基板１０を金属酸化物半導体層１３４ｍｔから分離する障壁として機能する。絶縁層１３５ｐｉ上には、例えばＴｉ及びＡｌがこの順に積層されたバリア層１３１ｂｒが形成されている。
【００８２】
バリア層１３１ｂｒ上には、金属酸化物半導体層１３４ｍｔが形成されている。金属酸化物半導体層１３４ｍｔは、例えばＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｏから構成されるアモルファスＩＧＺＯ層等である。金属酸化物半導体層１３４ｍｔを構成する金属酸化物は、例えばＩｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｃｄ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｙ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇａ、及びＡｌを含む群から選択される１以上の金属元素の酸化物を主成分としてもよい。金属酸化物半導体層１３４ｍｔに多結晶を含んでもよい。金属酸化物半導体層１３４ｍｔの両端は、ソース領域１３４ｓ及びドレイン領域１３４ｄとなっている。ソース領域１３４ｓ及びドレイン領域１３４ｄは、例えば水素等がドープされたｎ型の金属酸化物半導体層となっている。
【００８３】
金属酸化物半導体層１３４ｍｔ上には、酸化シリコン等から構成される酸化層１３２ｏｘが形成されている。酸化層１３２ｏｘの厚さは例えば１００ｎｍ程度である。酸化層１３２ｏｘ上には、Ｍｏ等から構成されるゲート電極１３６ｇｅが形成されている。ゲート電極１３６ｇｅはソース領域１３４ｓにダイオード接続ＳＧされている。
【００８４】
このダイオード接続ＳＧにより、ソース領域１３４ｓに正の電流が流れ込むと、ゲート電極１３６ｇｅとドレイン領域１３４ｄとの間に電圧が発生してトランジスタが動作し、ソース領域１３４ｓとドレイン領域１３４ｄとの間で電流が流れることで、静電破壊耐量の高い静電破壊保護素子１３０が得られる。
【００８５】
静電破壊保護素子１３０は、全体が窒化シリコン等から構成される絶縁層１３５ｉｎで覆われている。絶縁層１３５ｉｎには、ソース領域１３４ｓ上に、ソース領域１３４ｓに接続されるコンタクト１３７ｃｓが設けられている。コンタクト１３７ｃｓには、信号線ＳＬｓが接続されている。絶縁層１３５ｉｎには、また、ドレイン領域１３４ｄ上に、ドレイン領域１３４ｄに接続されるコンタクト１３７ｃｄが設けられている。コンタクト１３７ｃｄには、接地線ＧＬｓが接続されている。
【００８６】
このような静電破壊保護素子１３０は、以下の製造処理手順で得られる。まず、表面弾性波素子２０が形成された圧電基板１０上に、絶縁層１３５ｐｉ、バリア層１３１ｂｒ、金属酸化物半導体層１３４ｍｔ、酸化層１３２ｏｘ、及びゲート電極１３６ｇｅをこの順に形成する。次に、金属酸化物半導体層１３４ｍｔに水素等を注入してソース領域１３４ｓ及びドレイン領域１３４ｄを形成する。このとき、ゲート電極１３６ｇｅが金属酸化物半導体層１３４ｍｔ上に形成されていることにより、ゲート電極１３６ｇｅの直下には水素が注入されない。このように、静電破壊保護素子１３０のゲート構造は、自己整合的に形成することができる。
【００８７】
次に、静電破壊保護素子１３０の全体を覆うように、絶縁層１３５ｉｎをパッシベーションする。そして、ソース領域１３４ｓ及びドレイン領域１３４ｄに達する貫通孔を絶縁層１３５ｉｎに形成する。その後、貫通孔を導電性材料で埋め込み、コンタクト１３７ｃｓ，１３７ｃｄを形成する。形成されたコンタクト１３７ｃｓ，１３７ｃｄに、信号線ＳＬｓ及び接地線ＧＬｓをそれぞれ接続する。
【００８８】
以上により、圧電基板１０上に表面弾性波素子２０および静電破壊保護素子１３０を備える半導体装置２が得られる。
【００８９】
実施形態２の半導体装置２も、実施形態１の半導体装置１と同様の効果を奏する。
【００９０】
なお、実施形態１において、静電破壊保護素子３０は、圧電基板１０側から順に、ショットキー電極３０ｓｈ、金属酸化物半導体層３４ｍｔ、及びオーミック電極３０ｏｈを有することとしたが、配置はこれらに限られない。例えば、静電破壊保護素子が、圧電基板側から順に、オーミック電極、金属酸化物半導体層、及びショットキー電極を有していてもよい。この場合、金属酸化物半導体層を、上面視においてオーミック電極の内側に配置されるようにすることができる。
【００９１】
また、実施形態１，２の構成のみならず、半導体装置には、静電破壊保護素子３０，１３０が混在されて表面弾性波素子２０とともに、同一の圧電基板１０上に配置されていてもよい。
【００９２】
さらに、上記実施形態１，２において、静電破壊保護素子３０，１３０は、入力端子ＩＴ側の信号線ＳＬと接地線ＧＬとの間に配置されていたが、出力端子ＯＴ側の信号線ＳＬと接地線ＧＬとの間に配置させてもよい。
【００９３】
また、実施形態１，２等において、静電破壊保護素子３０，１３０のうちの少なくともいずれか、及び表面弾性波素子２０は、同一の圧電基板１０上に配置されることとした。ここで、圧電基板１０は、表面弾性波素子２０、静電破壊保護素子３０，１３０等を支持する基板のうち、表面弾性波素子２０の電極指２７ｉｌｄ及び静電破壊保護素子３０，１３０の金属酸化物半導体層３４ｍｔ，１３４ｍｔに最近接する基板である。このように、表面弾性波素子２０、静電破壊保護素子３０，１３０等が配置された圧電基板１０は、さらに、これを支持するプリント基板等に接続されていてもよい。
【００９４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、圧電基板上に、表面弾性波素子からなるフィルタが複数形成されており、そのスイッチングのために複数のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）スイッチが形成されている場合、本実施形態１，２等の静電破壊保護素子３０，１３０をＭＥＭＳスイッチの保護素子とすることもできる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
１，２  半導体装置
１０  圧電基板
２０  表面弾性波素子
２５ｅｌ，２６ｅｌ  電極層
２７ｉｄｌ  電極指
３０，１３０  静電破壊保護素子
３０ｂｅ  下部電極
３０ｏｈ  オーミック電極
３０ｓｅ  上部電極
３０ｓｈ  ショットキー電極
３４ｍｔ，１３４ｍｔ  金属酸化物半導体層
１３２ｏｘ  酸化層
１３４ｄ  ドレイン領域
１３４ｓ  ソース領域
１３６ｇｅ  ゲート電極
【図１】
2020057971.tif 000003
【図２】
2020057971.tif 000004
【図３】
2020057971.tif 000005
【図４】
2020057971.tif 000006
【図５】
2020057971.tif 000007
【図６】
2020057971.tif 000008
【図７】
2020057971.tif 000009
【図８】
2020057971.tif 000010
【図９】
2020057971.tif 000011
【図１０】
2020057971.tif 000012