(57)【要約】      （修正有）【課題】発熱が生じても良好に放熱がなされ、信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】基板１０の上に、半導体により形成された半導体層２２と、半導体層２２の上に形成されたゲート電極３１、ソース電極３２及びドレイン電極３３と、半導体層２２、ゲート電極３１、ソース電極３２及びドレイン電極３３の上に形成された絶縁膜４０と、絶縁膜４０の上に形成された放熱部５０と、を有する。放熱部５０は、半導体層２２に近い側よりも離れた放熱板６０側の幅が広く形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、半導体により形成された半導体層と、
前記半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体層、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成された放熱部と、
を有し、
前記放熱部は、前記半導体層に近い側よりも離れた側の幅が広く形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記放熱部は、金属、セラミックス、カーボンナノチューブのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁膜及び前記放熱部の上には、金属またはセラミックスにより放熱板が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記放熱板は、前記ドレイン電極の上方には形成されていないことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁膜及び前記放熱部と、前記放熱板との間には、セラミックスにより形成された膜が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記放熱部は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側の上方に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記放熱部は、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域における前記半導体層の前記ゲート電極側の上方に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置を有するマイクロ波発生器と、
被加熱物が設置される加熱室と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項１１】
請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置を有するマイクロ波発生器と、
微粒子捕集部が入れられている筐体と、
を有することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の排気浄化装置を有する自動車。
【請求項１３】
請求項１２に記載する自動車と、
前記自動車と無線による情報通信を行う無線基地局と、
を有することを特徴とする情報システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、電源装置、増幅器、加熱装置、排気浄化装置、自動車及び情報システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧及び高出力の半導体デバイスへの適用が検討されている。例えば、窒化物半導体であるＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであり、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）及びＧａＡｓのバンドギャップ（１．４ｅＶ）よりも大きく、高い破壊電界強度を有する。そのため、ＧａＮ等の窒化物半導体は、高電圧動作かつ高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。
【０００３】
窒化物半導体を用いた半導体デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ（High  Electron  Mobility  Transistor：ＨＥＭＴ）についての報告が数多くなされている。例えば、ＧａＮ系のＨＥＭＴ（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）では、ＧａＮを電子走行層として、ＡｌＧａＮを電子供給層として用いたＡｌＧａＮ／ＧａＮからなるＨＥＭＴが注目されている。ＡｌＧａＮ／ＧａＮからなるＨＥＭＴでは、ＧａＮとＡｌＧａＮとの格子定数差に起因した歪みがＡｌＧａＮに生じる。これにより発生したピエゾ分極及びＡｌＧａＮの自発分極差により、高濃度の２ＤＥＧ（Two-Dimensional  Electron  Gas：２次元電子ガス）が得られる。そのため、高効率のスイッチ素子、電気自動車用等の高耐圧電力デバイスとして期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５９２５６号公報
【特許文献２】特開平５−１１０１０６号公報
【特許文献３】特開平１１−２６０８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のＧａＮ−ＨＥＭＴを電力用に用いた場合、高電圧が印加され、大電流が流れるため、ＧａＮ−ＨＥＭＴの温度が高くなる。このように、ＧａＮ−ＨＥＭＴの温度が高くなると-、ＧａＮ−ＨＥＭＴの特性が変化しオン電流が低下したり、熱により半導体装置が破壊されることがあり、半導体装置の信頼性の低下を招く。
【０００６】
このため、半導体装置において発熱が生じても、良好に放熱がなされ、信頼性の高い半導体装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施の形態の一観点によれば、基板の上に、半導体により形成された半導体層と、前記半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記半導体層、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された放熱部と、を有し、前記放熱部は、前記半導体に近い側よりも離れた側の幅が広く形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
開示の半導体装置によれば、半導体装置において発熱が生じても、良好に放熱がなされるため、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】半導体装置の平面図
【図２】半導体装置の断面図
【図３】第１の実施の形態における半導体装置の平面図
【図４】第１の実施の形態における半導体装置の断面図
【図５】第１の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（１）
【図６】第１の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（２）
【図７】第１の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（３）
【図８】第１の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（４）
【図９】第１の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（５）
【図１０】第１の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図（６）
【図１１】第１の実施の形態における半導体装置の変形例１の断面図
【図１２】第１の実施の形態における半導体装置の変形例２の断面図
【図１３】第２の実施の形態におけるディスクリートパッケージされた半導体デバイスの説明図
【図１４】第２の実施の形態における電源装置の回路図
【図１５】第２の実施の形態における高周波増幅器の構造図
【図１６】第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の構造図
【図１７】第４の実施の形態における排気浄化装置の構造図
【図１８】第４の実施の形態における自動車の説明図
【図１９】第４の実施の形態における情報システムの説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
〔第１の実施の形態〕
最初に、窒化物半導体を用いた半導体装置であるＧａＮ−ＨＥＭＴにおいて、動作させた際に生じる発熱について、図１及び図２に基づき説明する。図１は、この半導体装置を平面視した場合の平面図であり、図２は、図１における一点鎖線１Ａ−１Ｂにおいて切断した断面図である。尚、本願において、「平面視」とは、半導体装置において、後述するゲート電極、ソース電極及びドレイン電極が形成されている面に対し、法線方向より見た視野を示すものとする。また、図１においては、便宜上、絶縁膜９４０は省略されている。
【００１２】
この半導体装置は、図２に示されるように、基板９１０の上に、窒化物半導体により形成されたバッファ層９１１、電子走行層９２１、電子供給層９２２が積層して形成されている。基板９１０は、ＳｉＣ等の半導体基板により形成されており、バッファ層９１１は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等により形成されている。電子走行層９２１は、ＧａＮ等により形成されており、電子供給層９２２は、ＡｌＧａＮ等により形成されている。これにより、電子走行層９２１において、電子走行層９２１と電子供給層９２２との界面近傍には、２ＤＥＧ９２１ａが生成される。
【００１３】
また、電子供給層９２２の上には、櫛歯状の電極構造のゲート電極９３１、ソース電極９３２及びドレイン電極９３３が形成されている。具体的には、図１に示されるように、ソース電極９３２の櫛歯の間に、ドレイン電極９３３の櫛歯が入り込んでおり、ソース電極９３２の櫛歯とドレイン電極９３３の櫛歯との間に、ゲート電極９３１の櫛歯が形成されている。また、図２に示されるように、ゲート電極９３１、ソース電極９３２、ドレイン電極９３３及び電子供給層９２２の上には、これらを覆う保護膜となる絶縁膜９４０が形成されている。
【００１４】
ところで、図１及び図２に示す構造の半導体装置を動作させると発熱が生じ、特に、破線で囲まれているゲート電極９３１のドレイン電極９３３側の直下の領域における電子走行層９２１及び電子供給層９２２における部分の温度が高くなる。このため、ゲート電極９３１、ソース電極９３２及びドレイン電極９３３が形成されている表面側とは反対の基板９１０の裏面側に金属により不図示の放熱板を設け、放熱板より放熱する構造がとられている場合がある。このような放熱板を設けることにより、ゲート電極９３１のドレイン電極９３３側の直下の領域の電子走行層９２１と電子供給層９２２との間で生じた熱は、電子走行層９２１、バッファ層９１１、基板９１０を介し、放熱板に流れ、放熱板より放熱がなされる。
【００１５】
しかしながら、基板９１０は、ＳｉＣ等により形成されているが、厚さが５０μｍ〜３００μｍと厚いため、熱が生じる電子走行層９２１と電子供給層９２２との間から放熱板までの距離は長いため、放熱は効率よく行われない。このため、電子走行層９２１と電子供給層９２２との間に熱が溜まり、高温となり半導体装置の信頼性の低下を招く。特に、高電圧が印加され、大電流が流れる場合には、電子走行層９２１及び電子供給層９２２における発熱は顕著であり高温になりやすい。このため、半導体装置において発熱が生じても、良好に放熱がなされ、特性が変化すること等のない信頼性の高い半導体装置が求められている。
【００１６】
（半導体装置）
次に、第１の実施の形態における半導体装置について、図３及び図４に基づき説明する。図３は、本実施の形態における半導体装置を平面視した場合の平面図であり、図４は、図１における一点鎖線３Ａ−３Ｂにおいて切断した断面図である。尚、図３では、便宜上、絶縁膜４０等は省略されている。
【００１７】
この半導体装置は、図４に示されるように、基板１０の上に、窒化物半導体により形成されたバッファ層１１、電子走行層２１、電子供給層２２が積層して形成されている。基板１０は、ＳｉＣ等の半導体基板により形成されており、バッファ層１１は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等により形成されている。電子走行層２１は、ＧａＮ等により形成されており、電子供給層２２は、ＡｌＧａＮ等により形成されている。これにより、電子走行層２１において、電子走行層２１と電子供給層２２との界面近傍には、２ＤＥＧ２１ａが生成される。
【００１８】
また、電子供給層２２の上には、図３に示されるように、櫛歯状の電極構造のゲート電極３１、ソース電極３２及びドレイン電極３３が形成されている。具体的には、ソース電極３２の櫛歯の間に、ドレイン電極３３の櫛歯が入り込んでおり、ソース電極３２の櫛歯とドレイン電極３３の櫛歯との間に、ゲート電極３１の櫛歯が形成されている。また、図４に示されるように、ゲート電極３１、ソース電極３２、ドレイン電極３３及び電子供給層２２の上には、これらを覆う保護膜となる絶縁膜４０が形成されている。
【００１９】
ゲート電極３１のドレイン電極３３側の上方には、絶縁膜４０を介し放熱部５０が形成されており、絶縁膜４０及び放熱部５０の上には、放熱部５０に接する放熱板６０が形成されている。具体的には、放熱部５０は絶縁膜４０に埋め込まれており、絶縁膜４０の上に放熱部５０が形成されている。放熱部５０は、金属、熱伝導率の低いセラミックス、カーボンナノチューブ等により形成されている。放熱部５０を金属により形成する場合には、放熱部５０を形成する金属としては、熱伝導率の高いＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ等が好ましい。また、放熱板６０は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属やＳｉＣ等のセラミックスにより形成されている。形成される絶縁膜４０の厚さは、約４．１μｍである。また、ソース電極３２の上には、放熱板６０と接続されたソース配線部７２が形成されており、ソース配線部７２を介し、ソース電極３２と放熱板６０とは電気的に接続されている。従って、ソース配線部７２は、絶縁膜４０を貫通しソース電極３２と放熱板６０とを電気的に接続している。
【００２０】
放熱部５０は、絶縁膜４０を介し、ゲート電極３１のドレイン電極３３側の上方及びゲート電極３１とドレイン電極３３の間の電子供給層２２のゲート電極３１側の上方に形成されている。ゲート電極３１のドレイン電極３３側においては、ゲート電極３１と放熱部５０との間の絶縁膜４０の厚さｔ１が約１００ｎｍとなるように形成されている。また、ゲート電極３１とドレイン電極３３の間のゲート電極３１側においては、電子供給層２２と放熱部５０との間の絶縁膜４０の厚さｔ２が約１００ｎｍとなるように形成されている。
【００２１】
よって、ゲート電極３１のドレイン電極３３側の直下の領域の電子走行層２１と電子供給層２２との間で発熱しても、電子供給層２２やゲート電極３１から厚さ約１００ｎｍの絶縁膜４０を介し、放熱部５０に熱が流れ、放熱板６０より放熱される。従って、熱伝導率の高い金属等により形成されている放熱部５０までの距離が短いため、電子走行層２１と電子供給層２２との間で生じた熱は、放熱部５０を介し、放熱板６０に伝えられ、放熱板６０より円滑に放熱がなされる。
【００２２】
また、本実施の形態においては、放熱部５０は、電子供給層２２から離れるに伴い、幅が広くなるように形成されている。具体的には、放熱部５０は、電子供給層２２に近い側の幅が狭く、電子供給層２２から離れた放熱板６０に近い側の幅が広くなるように形成されている。このように電子供給層２２から離れるに伴い、放熱部５０の幅を広くすることにより、電子走行層２１と電子供給層２２との間で生じた熱を円滑に放熱板６０に伝えることができる。従って、放熱部５０は、平面視した場合の面積が、電子供給層２２に近い側が狭く、電子供給層２２から離れた放熱板６０に近い側が広くなるように形成されていてもよい。
【００２３】
よって、本実施の形態における半導体装置が高温になることを抑制することができるため、特性が変化すること等を防ぐことができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。尚、発明者の知見によれば、図３及び図４に示される構造の半導体装置は、図１及び図２に示される構造の半導体装置よりも、３割程度熱抵抗が低減されるものと推察される。
【００２４】
（半導体装置の製造方法）
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図５から図１０に基づき説明する。尚、基板１０の上に形成される窒化物半導体は、ＭＯＶＰＥ（Metal-Organic  Vapor  Phase  Epitaxy）によるエピタキシャル成長により形成されている。窒化物半導体をＭＯＶＰＥにより成長する際には、Ａｌの原料ガスにはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）が用いられ、Ｇａの原料ガスにはＴＭＧ（トリメチルガリウム）が用いられ、Ｎの原料ガスにはＮＨ３（アンモニア）が用いられる。
【００２５】
最初に、図５（ａ）に示すように、基板１０の上に、ＭＯＶＰＥにより、不図示の核形成層、バッファ層１１、電子走行層２１、電子供給層２２を順次積層して形成する。基板１０には、ＳｉＣ基板が用いられており、不図示の核形成層は、膜厚が１ｎｍから３００ｎｍ、例えば、１６０ｎｍのＡｌＮ膜により形成されている。バッファ層１１は、膜厚が１ｎｍから１０００ｎｍ、例えば、６００ｎｍのＡｌＧａＮ膜により形成されている。電子走行層２１は、膜厚が約３．０μｍのｉ−ＧａＮ膜により形成されている。電子供給層２２は、膜厚が約２０ｎｍのｉ−ＡｌＧａＮにより形成されている。これにより、電子走行層２１と電子供給層２２との界面近傍における電子走行層２１には、２ＤＥＧ２１ａが生成される。尚、図示はしないが、電子走行層２１と電子供給層２２との間には、膜厚が約５ｎｍのｉ−ＡｌＧａＮによりスペーサ層を形成してもよく、電子供給層２２の上には、膜厚が１０ｎｍのｎ−ＧａＮによりキャップ層を形成してもよい。キャップ層にはｎ型となる不純物元素としてＳｉが、不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３となるようにドープされている。尚、電子供給層２２は、ＩｎＡｌＮにより形成されたものであってもよい。基板１０には、ＳｉＣ以外にも、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の基板を用いることが可能であり、基板の導電性は、半絶縁性であってもよく、導電性を有するものであってもよい。
【００２６】
この後、図示はしないが、素子を分離するための素子分離領域を形成する。具体的には、電子供給層２２の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、素子分離領域が形成される領域に開口を有するレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域の窒化物半導体層にアルゴン（Ａｒ）イオンを注入することにより素子分離領域を形成する。素子分離領域は、レジストパターンの形成されていない領域の窒化物半導体層の一部をＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）等によるドライエッチングにより除去することにより形成してもよい。素子分離領域を形成した後、レジストパターンは、有機溶剤等により除去する。
【００２７】
次に、図５（ｂ）に示すように、電子供給層２２の上に、ソース電極３２及びドレイン電極３３を形成する。具体的には、電子供給層２２の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極３２及びドレイン電極３３が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりＴｉ／Ａｌの金属積層膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜により電子供給層２２の上にソース電極３２及びドレイン電極３３が形成される。尚、Ｔｉ／Ａｌの金属積層膜は、膜厚が２０ｎｍのＴｉ膜と膜厚が２００ｎｍのＡｌ膜の積層膜であり、Ｔｉ膜が電子供給層２２の上になるように形成する。この後、窒素雰囲気中において、４００℃〜１０００℃、例えば、５５０℃の温度で熱処理を行い、ソース電極３２及びドレイン電極３３におけるオーミックコンタクトを確立させる。
【００２８】
次に、図６（ａ）に示すように、電子供給層２２、ソース電極３２及びドレイン電極３３の上に、第１の絶縁膜４１を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ（plasma-enhanced  chemical  vapor  deposition）により膜厚が２ｎｍ〜１０００ｎｍのＳｉＮ膜を成膜することにより第１の絶縁膜４１を形成する。本実施の形態においては、膜厚が約１００ｎｍのＳｉＮ膜を成膜することにより、第１の絶縁膜４１を形成する。
【００２９】
次に、図６（ｂ）に示すように、ゲート電極３１が形成される領域における第１の絶縁膜４１を除去し、開口部４１ａを形成する。具体的には、第１の絶縁膜４１の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ゲート電極３１が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、フッ素系ガスを用いたＲＩＥ等のドライエッチングにより、レジストパターンの開口部における第１の絶縁膜４１を除去し、電子供給層２２の表面を露出させる。
【００３０】
次に、図７（ａ）に示すように、電子供給層２２の上に、ゲート電極３１を形成する。具体的には、第１の絶縁膜４１及び電子供給層２２の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ゲート電極３１が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりＮｉ／Ａｕの金属積層膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜により電子供給層２２の上にゲート電極３１が形成される。尚、Ｎｉ／Ａｕの金属積層膜は、膜厚が３０ｎｍのＮｉ膜と膜厚が４００ｎｍのＡｕ膜の積層膜であり、Ｎｉ膜が電子供給層２２の上になるように形成する。
【００３１】
次に、図７（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜４１及びゲート電極３１の上に、第２の絶縁膜４２を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤにより膜厚が２ｎｍ〜１０μｍのＳｉＮ膜を成膜することにより第２の絶縁膜４２を形成する。本実施の形態においては、膜厚が約２μｍのＳｉＮ膜を成膜することにより、第２の絶縁膜４２を形成する。
【００３２】
次に、図８（ａ）に示すように、放熱部５０及びソース配線部７２が形成される領域における第１の絶縁膜４１及び第２の絶縁膜４２を除去することにより、開口部４２ａ及び４２ｂを形成する。第２の絶縁膜４２における開口部４２ａ及び４２ｂの形成方法は、第１の絶縁膜４１における開口部４１ａの形成方法と同様に、レジストパターンの形成とドライエッチングにより形成する。図８（ａ）では、開口部４２ａには段部４２ｃが形成されているが、このような段部４２ｃを有する開口部４２ａを形成する場合には、例えば、レジストパターンの形成とドライエッチングを２回行うことにより形成することができる。
【００３３】
本実施の形態においては、ゲート電極３１のドレイン電極３３側においては、ゲート電極３１の上の絶縁膜４０の厚さｔ１が約１００ｎｍとなるように形成する。また、ゲート電極３１とドレイン電極３３の間のゲート電極３１側においては、電子供給層２２の上の絶縁膜４０の厚さｔ２が約１００ｎｍとなるように形成する。
【００３４】
次に、図８（ｂ）に示すように、開口部４２ａ及び開口部４２ｂを埋め込むことにより、放熱部５０の下部５０ａ及びソース配線部７２の下部７２ａを形成する。具体的には、開口部４２ａ及び開口部４２ｂ内に不図示のシード層を形成し、Ａｕのメッキにより、開口部４２ａ及び開口部４２ｂを埋め込むことにより、放熱部５０の下部５０ａ及びソース配線部７２の下部７２ａを形成する。
【００３５】
次に、図９（ａ）に示すように、第２の絶縁膜４２、放熱部５０の下部５０ａ及びソース配線部７２の下部７２ａの上に、第３の絶縁膜４３を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤにより膜厚が２ｎｍ〜１０μｍのＳｉＮ膜を成膜することにより第３の絶縁膜４３を形成する。本実施の形態においては、膜厚が約２μｍのＳｉＮ膜を成膜することにより、第３の絶縁膜４３を形成する。
【００３６】
次に、図９（ｂ）に示すように、放熱部５０及びソース配線部７２が形成される領域における第３の絶縁膜４３を除去することにより、開口部４３ａ及び４３ｂを形成する。第３の絶縁膜４３における開口部４３ａ及び４３ｂの形成方法は、第１の絶縁膜４１における開口部４１ａの形成方法と同様に、レジストパターンの形成とドライエッチングにより形成する。これにより、第３の絶縁膜４３の開口部４３ａにおいて、放熱部５０の下部５０ａの表面を露出させ、第３の絶縁膜４３の開口部４３ｂにおいて、ソース配線部７２の下部７２ａの表面を露出させる。本実施の形態においては、第３の絶縁膜４３に形成される開口部４３ａは、放熱部５０の下部５０ａよりも広い幅に、また、開口部４３ｂは、ソース配線部７２の下部７２ａよりも広い幅になるように形成する。
【００３７】
次に、図１０（ａ）に示すように、開口部４３ａ及び開口部４３ｂを埋め込むことにより、放熱部５０の上部５０ｂ及びソース配線部７２の上部７２ｂを形成する。具体的には、開口部４３ａ及び開口部４３ｂ内に不図示のシード層を形成し、Ａｕのメッキにより、開口部４３ａ及び開口部４３ｂを埋め込むことにより、放熱部５０の上部５０ｂ及びソース配線部７２の上部７２ｂを形成する。これにより、下部５０ａと上部５０ｂにより放熱部５０が形成され、下部７２ａと上部７２ｂによりソース配線部７２が形成される。形成される放熱部５０は、上部５０ｂの幅が下部５０ａの幅よりも広くなっており、ソース配線部７２は、上部７２ｂの幅が下部７２ａの幅よりも広くなっている。また、第１の絶縁膜４１、第２の絶縁膜４２及び第３の絶縁膜４３により絶縁膜４０が形成される。
【００３８】
次に、図１０（ｂ）に示すように、絶縁膜４０、放熱部５０及びソース配線部７２の上に放熱板６０を形成する。具体的には、絶縁膜４０、放熱部５０及びソース配線部７２の上に、シード層を成膜し、メッキによりＡｕを膜厚が１０μｍとなるように、堆積させることにより形成する。
【００３９】
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。
【００４０】
（変形例１）
図３及び図４に示される半導体装置は、放熱板６０は金属等により形成されており、ソース電極３２と放熱板６０とが金属等により形成されたソース配線部７２により電気的に接続されているため、放熱板６０の電位はソース電極３２の電位と同電位となっている。このため、ドレイン電極３３と放熱板６０におけるドレイン電極３３の上方の領域との間で、寄生容量が形成される。
【００４１】
従って、本実施の形態は、図１１に示すように、ドレイン電極３３の上方においては、放熱板６０が形成されていない構造の半導体装置であってもよい。即ち、放熱板６０は、ゲート電極３１及びソース電極３２の上方には形成されているが、ドレイン電極３３の上方には形成されていない構造の半導体装置であってもよい。このような構造の半導体装置は、絶縁膜４０、放熱部５０及びソース配線部７２の上に放熱板６０を形成した後、放熱板６０のドレイン電極３３の上方の領域のみをウェットエッチングやドライエッチングにより除去することにより形成することができる。また、絶縁膜４０、放熱部５０及びソース配線部７２の上において、ドレイン電極３３の上方を除く領域にシード層を形成し、メッキによりＡｕを堆積させることにより形成してもよい。
【００４２】
（変形例２）
また、本実施の形態は、図１２に示すように、絶縁膜４０、放熱部５０及びソース配線部７２の上に、セラミックス等で熱伝導率の高いＳｉＣ膜８０を形成し、ＳｉＣ膜８０の上に、放熱板６０を形成した構造の半導体装置であってもよい。これにより、寄生容量を減らすことができる。図１２に示す構造の半導体装置は、絶縁膜４０、放熱部５０及びソース配線部７２の上に、スパッタリングにより膜厚が１μｍのＳｉＣ膜８０を成膜し、成膜されたＳｉＣ膜８０の上に放熱板６０を形成することにより作製することができる。
【００４３】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
【００４４】
本実施の形態における半導体デバイスは、第１の実施の形態におけるいずれかの半導体装置をディスクリートパッケージしたものであり、このようにディスクリートパッケージされた半導体デバイスについて、図１３に基づき説明する。尚、図１３は、ディスクリートパッケージされた半導体装置の内部を模式的に示すものであり、電極の配置等については、第１の実施の形態に示されているものとは、異なっている。
【００４５】
最初に、第１の実施の形態において製造された半導体装置をダイシング等により切断することにより、ＧａＮ系の半導体材料のＨＥＭＴの半導体チップ４１０を形成する。この半導体チップ４１０をリードフレーム４２０上に、ハンダ等のダイアタッチ剤４３０により固定する。尚、この半導体チップ４１０は、第１の実施の形態における半導体装置に相当するものである。
【００４６】
次に、ゲート電極４１１をゲートリード４２１にボンディングワイヤ４３１により接続し、ソース電極４１２をソースリード４２２にボンディングワイヤ４３２により接続し、ドレイン電極４１３をドレインリード４２３にボンディングワイヤ４３３により接続する。尚、ボンディングワイヤ４３１、４３２、４３３はＡｌ等の金属材料により形成されている。また、本実施の形態においては、ゲート電極４１１はゲート電極パッドであり、第１の実施の形態における半導体装置のゲート電極３１と接続されている。また、ソース電極４１２はソース電極パッドであり、第１の実施の形態における半導体装置のソース電極３２と接続されている。また、ドレイン電極４１３はドレイン電極パッドであり、第１の実施の形態における半導体装置のドレイン電極３３と接続されている。
【００４７】
次に、トランスファーモールド法によりモールド樹脂４４０による樹脂封止を行なう。このようにして、ＧａＮ系の半導体材料を用いたＨＥＭＴのディスクリートパッケージされている半導体デバイスを作製することができる。
【００４８】
次に、本実施の形態における電源装置及び高周波増幅器について説明する。本実施の形態における電源装置及び高周波増幅器は、第１の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を用いた電源装置及び高周波増幅器である。
【００４９】
最初に、図１４に基づき、本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置４６０は、高圧の一次側回路４６１、低圧の二次側回路４６２及び一次側回路４６１と二次側回路４６２との間に配設されるトランス４６３を備えている。一次側回路４６１は、交流電源４６４、いわゆるブリッジ整流回路４６５、複数のスイッチング素子（図１４に示す例では４つ）４６６及び一つのスイッチング素子４６７等を備えている。二次側回路４６２は、複数のスイッチング素子（図１４に示す例では３つ）４６８を備えている。図１４に示す例では、第１の実施の形態における半導体装置を一次側回路４６１のスイッチング素子４６６及び４６７として用いられている。尚、一次側回路４６１のスイッチング素子４６６及び４６７は、ノーマリーオフの半導体装置であることが好ましい。また、二次側回路４６２において用いられているスイッチング素子４６８はシリコンにより形成される通常のＭＩＳＦＥＴ（metal  insulator  semiconductor  field  effect  transistor）を用いている。
【００５０】
次に、図１５に基づき、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器４７０は、例えば、携帯電話の基地局用パワーアンプに適用してもよい。この高周波増幅器４７０は、トランジスタ４７１、入力整合回路４７２、出力整合回路４７３、抵抗４７４を有している。トランジスタ４７１には、第１の実施の形態における半導体装置が用いられている。トランジスタ４７１のゲートには入力整合回路が接続されており、ドレインには出力整合回路４７３及び抵抗４７４が接続されており、ソースは接地されている。入力整合回路４７２には、発振器４７５からの信号が入力しており、入力整合回路４７２においてインピーダンスの調整がされた後、トランジスタ４７１のゲートに入力し、トランジスタ４７１のドレインより出力整合回路４７３に出力される。この後、出力整合回路４７３においてインピーダンスの調整がされた後、アンテナ４７６等に出力される。
【００５１】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置について、図１６に基づき説明する。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器５１０、加熱室５２０、制御部５３０等を有している。本実施の形態におけるマイクロ波加熱装置により加熱される対象となる被加熱物５４０は、加熱室５２０内に入れられている。
【００５２】
マイクロ波発生器５１０は、加熱室５２０に接続されており、マイクロ波発生器５１０において発生させたマイクロ波を加熱室５２０内に供給することにより、加熱室５２０内に入れられている被加熱物５４０を加熱することができる。マイクロ波発生器５１０には、第１の実施の形態における半導体装置により形成されており、制御部５３０における制御により、発生させるマイクロ波の周波数やパワーを変化させることができる。
【００５３】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。
【００５４】
最初に、第４の実施の形態における排気浄化装置について図１７に基づき説明する。
【００５５】
本実施の形態における排気浄化装置６００は、微粒子捕集部６１０、酸化触媒部６１１、筐体部６２０、マイクロ波発生器６３０、入射パワーセンサ６４１、反射パワーセンサ６４２、制御部６５０等を有している。
【００５６】
微粒子捕集部６１０は、本実施の形態において被加熱物となるものであり、ＤＰＦ等により形成されている。ＤＰＦは、例えば、隣り合う通気口が交互に閉じられたハニカム構造により形成されており、排気は入口の通気口とは異なる通気口より排出される。酸化触媒部６１１は、ＤＯＣ（Diesel  Oxidation  Catalyst）等の酸化触媒により形成されている。
【００５７】
筐体部６２０は、ステンレス等の金属材料により形成されており、酸化触媒部６１１及び微粒子捕集部６１０の周囲を覆う筐体本体部６２０ａ、筐体本体部６２０ａに接続されている吸入口６２０ｂ及び排出口６２０ｃを有している。本実施の形態における排気浄化装置は、エンジン等からの排気ガス等の排気が、破線矢印Ａに示される方向より吸入口６２０ｂから筐体部６２０内に入り、筐体本体部６２０ａ内に設置されている酸化触媒部６１１及び微粒子捕集部６１０を通ることにより浄化される。この後、酸化触媒部６１１及び微粒子捕集部６１０において浄化された排気は、排出口６２０ｃより破線矢印Ｂに示される方向に排出される。
【００５８】
尚、筐体部６２０内では、吸入口６２０ｂより排出口６２０ｃに向かって、酸化触媒部６１１、微粒子捕集部６１０の順に配置されている。酸化触媒部６１１では、吸入口６２０ｂより入った排気ガスに含まれる成分を酸化するものであり、例えば、排気ガスに含まれているＮＯをより酸化力の強いＮＯ２にする。微粒子捕集部６１０では、ＰＭ等の微粒子が捕集されるが、捕集されたＰＭ等の微粒子を燃焼させて除去する際に、酸化触媒部６１１において生成されたＮＯ２が用いられる。微粒子捕集部６１０において捕集されるＰＭ等の微粒子は、すす等でありＣ（炭素）を多く含んでいる。微粒子捕集部６１０において捕集されたＰＭ等の微粒子を燃焼させて除去する際に、ＮＯ２を流すことによりＣとＮＯ２とが化学反応しＣＯ２が生成される。これにより、微粒子捕集部６１０において捕集されたＰＭ等の微粒子を効率よく除去することができる。
【００５９】
マイクロ波発生器６３０は、筐体部６２０に接続されており、例えば、１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚのマイクロ波を周波数を可変させて発生させることができる。また、マイクロ波発生器６３０において発生させたマイクロ波を微粒子捕集部６１０に照射することにより、微粒子捕集部６１０において捕集されたＰＭ等の微粒子を燃焼させて除去することができる。本実施の形態においては、マイクロ波発生器６３０には、第１の実施の形態における半導体装置が用いられている。第１の実施の形態における半導体装置は、放熱特性が良好であるため、このような高温の環境下においても、良好に動作させることができる。
【００６０】
入射パワーセンサ６４１及び反射パワーセンサ６４２は、筐体部６２０とマイクロ波発生器６３０との間に設けられている。入射パワーセンサ６４１は、マイクロ波発生器６３０から筐体部６２０内に入射する入射波のパワーを測定し、反射パワーセンサ６４２は、筐体部６２０内に入射したマイクロ波のうち筐体部６２０より戻ってくる反射波のパワーを測定する。制御部６５０は、主に、マイクロ波発生器６３０においてマイクロ波を発生させ、微粒子捕集部６１０を加熱する制御を行う。
【００６１】
図１８は、本実施の形態における自動車６６０であり、本実施の形態における排気浄化装置６００が取り付けられている。本実施の形態における自動車６６０では、自動車６６０において発生した排気ガスを排気浄化装置６００により浄化することができる。
【００６２】
図１９は、本実施の形態における情報システムを示すものである。本実施の形態における情報システムでは、複数の無線基地局６７０と複数の無線基地局６７０に接続されたデータセンタ６７１とを有している。自動車６６０には、無線機６６１が搭載されており、無線基地局６７０のいずれかと無線による情報通信を行うことが可能である。本実施の形態においては、自動車６６０に取り付けられている排気浄化装置６００の微粒子捕集部６１０に堆積しているすすの量を排気浄化装置６００において検知する。排気浄化装置６００において検知された微粒子捕集部６１０に堆積しているすすの量は、自動車６６０に搭載されている無線機６６１を介し、無線基地局６７０に送信され、データセンタ６７１に集められる。データセンタ６７１では、堆積しているすすの量に基づき、後に堆積するであろうすすの量を予測し、最適ルートを探す。これにより得られた最適ルートは、無線基地局６７０より、自動車６６０に送信される。第１の実施の形態における半導体装置は、自動車６６０に取り付けられている排気浄化装置６００に用いられているが、無線基地局６７０にも用いることが可能である。
【００６３】
尚、第１の実施の形態における半導体装置は、上記以外にも、レーダ、飛行機、船舶、飛行場、海港等に用いることが可能である。
【００６４】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００６５】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板の上に、半導体により形成された半導体層と、
前記半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体層、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成された放熱部と、
を有し、
前記放熱部は、前記半導体層に近い側よりも離れた側の幅が広く形成されていることを特徴とする半導体装置。
（付記２）
前記放熱部は、金属、セラミックス、カーボンナノチューブのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３）
前記絶縁膜及び前記放熱部の上には、金属またはセラミックスにより放熱板が形成されていることを特徴とする付記１または２に記載の半導体装置。
（付記４）
前記放熱板は、前記ゲート電極及び前記ソース電極の上方に形成されていることを特徴とする付記３に記載の半導体装置。
（付記５）
前記放熱板は、前記ドレイン電極の上方には形成されていないことを特徴とする付記３または４に記載の半導体装置。
（付記６）
前記絶縁膜及び前記放熱部と、前記放熱板との間には、セラミックスにより形成された膜が設けられていることを特徴とする付記３に記載の半導体装置。
（付記７）
前記ソース電極は、前記絶縁膜を貫通するソース配線部により、前記放熱板と接続されていることを特徴とする付記３または４に記載の半導体装置。
（付記８）
前記放熱部は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側の上方に形成されていることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の半導体装置。
（付記９）
前記放熱部は、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域における前記半導体層の前記ゲート電極側の上方に形成されていることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１０）
前記半導体層は、窒化物半導体により形成されていることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１１）
前記半導体層は、前記基板の上に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成された第２の半導体層と、
により形成されており、
前記ゲート電極、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記第２の半導体層の上に形成されていることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１２）
第１の半導体層は、ＧａＮを含む材料により形成されており、
第２の半導体層は、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＮを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１１に記載の半導体装置。
（付記１３）
付記１から１２のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
（付記１４）
付記１から１２のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
（付記１５）
付記１から１２のいずれかに記載の半導体装置を有するマイクロ波発生器と、
被加熱物が設置される加熱室と、
を有することを特徴とする加熱装置。
（付記１６）
付記１から１２のいずれかに記載の半導体装置を有するマイクロ波発生器と、
微粒子捕集部が入れられている筐体と、
を有することを特徴とする排気浄化装置。
（付記１７）
付記１６に記載の排気浄化装置を有する自動車。
（付記１８）
付記１７に記載する自動車と、
前記自動車と無線による情報通信を行う無線基地局と、
を有することを特徴とする情報システム。
【符号の説明】
【００６６】
１０        基板
１１        バッファ層
２１        電子走行層
２１ａ      ２ＤＥＧ
２２        電子供給層
３１        ゲート電極
３２        ソース電極
３３        ドレイン電極
４０        絶縁膜
５０        放熱部
６０        放熱板
７２        ソース配線部
【図１】
2018056318.tif 000003
【図２】
2018056318.tif 000004
【図３】
2018056318.tif 000005
【図４】
2018056318.tif 000006
【図５】
2018056318.tif 000007
【図６】
2018056318.tif 000008
【図７】
2018056318.tif 000009
【図８】
2018056318.tif 000010
【図９】
2018056318.tif 000011
【図１０】
2018056318.tif 000012
【図１１】
2018056318.tif 000013
【図１２】
2018056318.tif 000014
【図１３】
2018056318.tif 000015
【図１４】
2018056318.tif 000016
【図１５】
2018056318.tif 000017
【図１６】
2018056318.tif 000018
【図１７】
2018056318.tif 000019
【図１８】
2018056318.tif 000020
【図１９】
2018056318.tif 000021