(57)【要約】【課題】フィールドプレート電極を有する高周波特性の良好な半導体装置を提供する。【解決手段】ゲート電極１６とドレイン電極１３との間の表面保護膜１５上に、ゲート電極１６から所定の距離Ｌｇｆをおいてフィールドプレート電極１７を設け、耐圧特性を向上させるとともに、これら２つの電極間を橋状の接続導板１８により接続し、内部での帰還容量となるチャネル層１２との間の不要な容量等の増加を抑える。また、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７とを、これら電極間を接続する接続導板１８も含めて同一工程において一体に形成し、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７との距離Ｌｇｆを良好な精度に維持する。さらに、この接続導板を容易に橋状に形成可能とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の表面に設けられたチャネル層と、
前記チャネル層上に形成されたドレイン電極と、
前記チャネル層上にドレイン電極とは離間して形成されたソース電極と、
前記ドレイン電極及び前記ソース電極の形成部位を除くチャネル層の表面を覆うように形成された表面保護膜と、
前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に配置され、前記表面保護膜の表面からこの表面保護膜を貫通して前記チャネル層にショットキ接合されたゲート電極と、
前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の前記表面保護膜上に、前記ゲート電極から所定の距離をおいて形成されたフィールドプレート電極と、
前記ゲート電極と前記フィールドプレート電極とを前記表面保護膜の表面から間隙をおいて橋状に接続する接続導板とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記接続導板に前記表面保護膜に向けて貫通する１つの開口部を形成した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】
前記接続導板は前記フィールドプレート電極の奥行き方向においてその長さがフィールドプレート電極よりも短く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接続導板は平坦部と脚部とを有し、平坦部の一縁部は前記ゲート電極上に位置し、脚部としての他縁部は前記フィールドプレート電極上に位置させ、両電極間の所定距離を保ったまま橋状構造としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記脚部としての他縁部は前記フィールドプレート電極上でゲート電極から離れる方向に位置をずらして載置したことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記接続導板の平坦部の前記ゲート電極に対向する側の縁部に段部を形成し、該段部を前記ゲート電極に係合載置させたことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ゲート電極の表面全体を接続導板の平坦部で覆うように形成したことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記接続導板の少なくとも一部の厚さを異ならせて形成したことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記接続導板の少なくとも一部の厚さを前記フィールドプレート電極の幅より狭く形成したことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記接続導板の平坦部の一縁部を前記ゲート電極の側面部に接合して、平坦部の上面と前記ゲート電極の上面とを同一平面状にしたことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係り、特に、ゲート電極とフィールドプレート電極とを導体で橋状に接続した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタ等の半導体装置にフィールドプレート電極を設け、これをゲート電極と接続することで半導体装置の耐圧を向上できることが知られている。図７は、フィールドプレートを有する従来の半導体装置の一例をモデル化して示す斜視図である。この図７に示した半導体装置５０は、例えばＧａＡｓ電界効果トランジスタであり、ＧａＡｓの半導体基板５１の表面にチャネル層５２が形成され、このチャネル層５２上に、オーム性接触によるドレイン電極５３、及びソース電極５４、ならびにショットキ接合によるゲート電極５５が形成されている。
【０００３】
また、ドレイン電極５３とソース電極５４との間のチャネル層５２の表面には、ゲート電極５５を覆って、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）等による表面保護膜５６が形成されており、さらに、ドレイン電極５３とゲート電極５５との間の表面保護膜５６上には、ゲート電極５５から所定の距離Ｌｇｆを隔てて、フィールドプレート電極５７が形成されている。
【０００４】
次に、上記した半導体装置５０の製造方法の一例を説明する。
【０００５】
まず、半導体基板５１表面近傍に形成されたチャネル層５２の上にオーム性接触のドレイン電極５３及びソース電極５４を形成する。次に、チャネル層５２の表面に、フォトリソグラフィ等によりゲート電極形成用開口を有するレジストパターンを形成し、全面に金属膜を被着後、リフトオフ法を用いてゲート電極部分以外の金属膜をレジスト膜とともに除去し、ゲート電極５５を形成する。
【０００６】
次いで、ドレイン電極５３とソース電極５４との間のチャネル層５２の表面全面に、プラズマＣＶＤ法等により、表面保護膜５６としてのＳｉＮ膜を形成する。この後、表面保護膜５６上にフィールドプレート電極形成用開口を有するレジストパターンを形成して金属を被着後、リフトオフ法を用いて開口部分以外の金属膜をレジスト膜とともに除去し、フィールドプレート電極５７を形成する。
【０００７】
ゲート電極５５とフィールドプレート電極５７との接続の方法については、次のような事例がある。例えば、表面保護膜５６上に接続用パターンを形成して接続する方法がある。この場合には、ゲート電極５５を覆っている表面保護膜５６の所定部位を接続用にケミカルドライエッチング等で除去しておき、露出したゲート電極５６の所定部位とフィールドプレート電極５７との間を表面保護膜５６上に形成した接続用パターン（図７には図示せず）により接続する。
【０００８】
また、この半導体装置５０の外部で接続した事例も開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された事例は、ゲート電極とフィールドプレート電極とが距離をおいて形成された単位ＦＥＴを並列にならべ、高出力化したものであり、それぞれのＦＥＴのゲート電極及びフィールドプレート電極は、外部に設けた連結部で接続されている。
【０００９】
さらに、上記事例のようにゲート電極とフィールドプレート電極を分離した構造とせず、ゲート電極とフィールドプレート電極とを一体化した事例も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２に開示された事例では、ゲート電極からドレイン電極側に向かって庇状にフィールドプレート部を形成し、このフィールドプレート部とチャネル層との間に高誘電体材料を配置している。
【特許文献１】特開２０００−３１５８０４号公報（第４ページ、図１）
【特許文献２】特開２００１−２３０２６３号公報（第１０ページ、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ゲート電極５５に接続されたフィールドプレート電極５７を設けることにより、電界効果トランジスタ等の半導体装置５０の耐圧が向上する。そして、その耐圧特性は、図７のようにゲート電極５５とフィールドプレート電極５７とが距離Ｌｇｆをおいて形成された構造の場合には、距離Ｌｇｆによって変動する。このため、所望する耐圧特性を得るには、距離Ｌｇｆの誤差を減らし、ゲート電極５５及びフィールドプレート電極の位置を高精度に形成する必要がある。
【００１１】
しかしながら、従来の製造方法においては、ゲート電極５５とフィールドプレート電極５７とは、上述したように異なる工程で形成されるため、これら電極間の距離Ｌｇｆを高精度に維持することが困難であった。このため、耐圧特性にばらつきが生じ、半導体装置製造時の歩留まりが低下していた。
【００１２】
また、フィールドプレート電極５７を設けた場合には、フィールドプレート電極５７とチャネル層５２との間に浮遊容量が発生する。特に、上述した特許文献２の事例のように、ゲート電極とフィールドプレート電極とを一体化した場合には、この浮遊容量が増加する。そして、これが信号入力側としてのゲート電極５５への帰還容量となって、半導体装置の高周波数領域における入出力特性を劣化させるなど、高周波特性に影響をおよぼしていた。
【００１３】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ゲート電極とフィールドプレート電極とを導体で橋状に接続した高周波特性の良好な半導体装置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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の表面に設けられたチャネル層と、前記チャネル層上に形成されたドレイン電極と、前記チャネル層上にドレイン電極とは離間して形成されたソース電極と、前記ドレイン電極及び前記ソース電極の形成部位を除くチャネル層の表面を覆うように形成された表面保護膜と、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に配置され、前記表面保護膜の表面からこの表面保護膜を貫通して前記チャネル層にショットキ接合されたゲート電極と、前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の前記表面保護膜上に、前記ゲート電極から所定の距離をおいて形成されたフィールドプレート電極と、前記ゲート電極と前記フィールドプレート電極とを前記表面保護膜の表面から間隙をおいて橋状に接続する接続導板とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フィールドプレート電極を有する高周波特性の良好な半導体装置を得ることができるとともに、その製造時における歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る半導体装置及びその製造方法の最良の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る半導体装置の一実施例をモデル化して示す斜視図である。この図１に示した半導体装置１において、半導体基板１１は、例えば、ＧａＡｓからなる基板であり、この半導体基板１１の上にはチャネル層１２が形成されている。このチャネル層１２の上には、離間してドレイン電極１３及びソース電極１４が形成されており、これらドレイン電極１３とソース電極１４との間には、ゲート電極１６が形成されている。また、これら各電極の形成部位を除くチャネル層１２上には、表面保護膜１５が形成されている。
【００１８】
さらに、ゲート電極１６とドレイン電極１３との間の表面保護膜１５上には、ゲート電極１６から所定の距離Ｌｇｆをおいてフィールドプレート電極１７が形成されている。フィールドプレート電極１７とゲート電極１６とは、電気的接続導板（導電板）１８により接続されている。この接続導板１８は、窓部として厚さ方向に貫通する複数個の開口部１９を有している。図１の実施例においては、接続導板の長手方向一縁部がゲート電極上に位置し、他の脚部としての縁部２０がフィールドプレート電極上に位置するよう、表面保護膜１５とのあいだに間隙を設けて、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７とを橋状に接続している。
【００１９】
上述の構造において、ゲート電極１６とドレイン電極１３との間の表面保護膜１５上には、ゲート電極１６からＬｇｆの距離にフィールドプレート電極１７が設けられており、耐圧特性を向上させている。また、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７とは、表面保護膜１５とのあいだに間隙を設けた橋状の接続導板１８（エアーブリッジ）により接続されているので、この接続導板１８とチャネル層１２との間の不要な容量を増加させることがなく、その影響を最小限に留めて良好な高周波特性を得ることができる。
【００２０】
尚、図示の実施例においては２個の開口部１９が設けられているが、接続導板１８の抵抗値が所定値以下に設定されるならばその数は特に限定されるものではない。尚、この開口部の作用については後に説明する。
【００２１】
次に、図１に示した半導体装置１の製造方法について、図１、ならびに図２乃至図４を参照して説明する。図２乃至図４は、上述の半導体装置１の製造方法の第１段階、第２段階、及び第３段階をそれぞれ工程順に示した断面図である。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１１の上に形成されたチャネル層１２の上に、ドレイン電極１３とソース電極１４とを距離をおいて形成し、これらドレイン電極１３及びソース電極１４の形成部位を除いたチャネル層１２の表面に、表面保護膜１５を形成する。本実施例においては、表面保護膜１５は、プラズマＣＶＤにより形成した窒化シリコン（ＳｉＮ）膜としている。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、ドレイン電極１３、ソース電極１４、及び表面保護膜１５が形成された半導体基板１１の面上にフォトレジスト膜２１を塗布し、フォトリソグラフィ等によってゲート電極形成用の開口を有するレジストパターンを形成しておく。そして、この開口から反応性ドライエッチング等により表面保護膜１５を除去し、チャネル層１２に達するゲート電極形成用の開口２２を形成する。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように、前工程で塗布したフォトレジスト膜２１を有機溶剤等で除去した後、全面に絶縁膜２３を堆積する。本実施例においては、絶縁膜２３は、感光性有機膜としている。そして、この絶縁膜２３にフォトリソグラフィ等によって、ゲート電極形成用の開口２４ａ及びフィールドプレート電極形成用の開口２４ｂを、所定の距離Ｌｇｆをおいて形成する。
【００２５】
さらに、図２（ｄ）に示すように、これら２つの開口２４ａ、及び２４ｂを含めた全表面に、フォトレジスト膜２５ａ、及びフォトレジスト膜２５ｂの２つのフォトレジスト膜からなるフォトレジスト層２５を形成する。これら２つのフォトレジスト膜は、現像液に対する反応速度が異なり、フォトレジスト膜２５ａの反応速度は、フォトレジスト膜２５ｂのそれよりも速いものとしている。
【００２６】
これに続けて、図３（ｅ１）及び（ｅ２）に示すように、フォトレジスト層２５にフォトリソグラフィ等によって、ゲート電極形成用の開口２６ａ、及びフィールドプレート電極形成用の開口２６ｂを形成する。ここに、図３（ｅ１）は、図１における断面Ａ−Ａのように、接続導板１８に開口部１９のない部位での断面図であり、図３（ｅ２）は、図１における断面Ｂ−Ｂのように、接続導板１８に開口部１９のある部位での断面図である。図３（ｅ２）では、開口部１９に相当する位置２６ｃにはフォトレジスト層２５が残されている。また、フォトレジスト層２５は、２つのフォトレジスト膜２５ａ、及び２５ｂの現像液に対する反応速度が異なるため、オーバーハング状に開口される。
【００２７】
次に、図３（ｆ１）及び（ｆ２）に示すように、全表面に金属膜２７を蒸着にて形成する。図３（ｆ１）は、図１における断面Ａ−Ａ、図３（ｆ２）は、図１における断面Ｂ−Ｂのそれぞれの部位における断面図である。この金属膜２７によって、チャネル層１２にショットキ接合されたゲート電極１６、このゲート電極１６から所定の距離Ｌｇｆをおいた表面保護膜１５上のフィールドプレート電極１７、及びこれら２つの電極を接続する接続導板１８が同一工程で一体に形成される。また、図３（ｆ２）に示すように接続導板１８の開口部１９の原型が形成される。
【００２８】
この後、図４（ｇ１）及び（ｇ２）に示すように、フォトレジスト層２５上に蒸着された金属膜２７、及びフォトレジスト層２５を除去する。図４（ｇ１）は、図１における断面Ａ−Ａ、図４（ｇ２）は、図１における断面Ｂ−Ｂのそれぞれの部位における断面図である。図４（ｇ２）に示すように、この工程において接続導板１８に開口部１９が形成される。
【００２９】
そして、図４（ｈ１）及び（ｈ２）に示すように、絶縁膜２３を有機溶剤等で除去する。図４（ｈ１）は、図１の半導体装置１の断面Ａ−Ａ、図４（ｈ２）は、図１の半導体装置１の断面Ｂ−Ｂのそれぞれにおける断面図である。このときに、接続導板１８と表面保護膜１５との間の絶縁膜２３は、図４（ｈ２）に示す開口部１９から除去される。除去後は図４（ｈ１）及び（ｈ２）に示すように、接続導板１８と表面保護膜１５とのあいだには間隙が設けられて橋状となり、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７とは、この橋状の接続導板１８により接続される。これら一連の工程によって、図１に示した半導体装置１が完成される。
【００３０】
なお、上述した製造方法においては、表面保護膜１５を窒化シリコン（ＳｉＮ）膜としたが、これに代えて酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜としてもよい。また、絶縁膜２３を感光性有機膜としたが、これに代えて窒化シリコン（ＳｉＮ）膜としてもよい。この場合は、図４（ｈ１）及び（ｈ２）に示した工程において、窒化シリコンの絶縁膜２３をケミカルドライエッチング等で除去する。
【００３１】
上述の半導体装置１によれば、ゲート電極１６とドレイン電極１３との間の表面保護膜１５上に、ゲート電極１６から所定の距離Ｌｇｆをおいてフィールドプレート電極１７が設けられており、耐圧特性を向上させている。また、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７とは橋状の接続導板１８により接続されているので、内部での帰還容量となるチャネル層１２との間の不要な容量等を増加させることがなく、良好な高周波特性、及び高出力特性を得ることができる。
【００３２】
また、この半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７とを、これら電極間を接続する接続導板１８も含めて同一工程において一体に形成している。これにより、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７との距離Ｌｇｆを良好な精度に維持することができ、半導体装置の耐圧等のばらつきを減らしてその製造時の歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
さらに、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７とを接続する接続導板１８に開口部１９を設けているので、この開口部１９を介して接続導板１８の下側にある絶縁膜２３を除去することによって、この接続導板１８を容易に橋状に形成することができ、チャネル層１２との間の不要な容量の増加を抑えて高周波特性の良好な半導体装置を製造することができる。
【００３４】
なお、表面保護膜１５を窒化シリコン（ＳｉＮ）膜に代えて酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜とした場合においても、上記した効果は、同様に得ることができる。
【００３５】
また、本発明半導体装置１における接続導体１８に形成された開口部１９は、この開口部１９から接続導板１８の下側にある絶縁膜２３を容易に除去するために設けられたものであり、除去することにより、接続導板１８を橋状に形成することができる。従って、上述の図示の実施例においては２個の開口部１９を設けているが、本発明においてはそれに限られることなく、絶縁膜の除去が可能であり、接続導板１８の抵抗値が所定値以下に設定されるならば、その数は特に限定されるものでなく、一つのみ設けること、または、設けなくてもかまわない。
【００３６】
図５はそれらの実施例を説明するものである。図５（ａ）の例では、接続導板１８ａに複数個（２個）の開口部１９を形成する代わりに１つの大きな開口部１９ａが形成されている。接続導板１８ａの抵抗値が所定値以下に設定され、必要強度が保たれるならば、接続導板１８ａの下側にある絶縁膜を容易に除去するためには開口部の面積は大きいほうが有利ではある。
【００３７】
一方、接続導板１８ａの下側にある絶縁膜を除去することが可能であれば、図５（ｂ）に示す例のように、接続導板１８ｂに開口部を形成する必要がない。この例では、接続導板１８ｂの形成が容易であり、その強度も十分に保たれる。
【００３８】
また、図５（ｃ）に示す例では、接続導板１８ｃに開口部は形成されていない。その代わりに、その奥行き方向の長さを減少して、フィールドプレート電極１７より短くなるように形成している。この例では、接続導板１８ｃの抵抗値が所定値以下に設定されるならば、下方の絶縁膜も容易に除去可能であり、その製作も容易である。
【００３９】
さらにまた、本発明の半導体装置においては、接続導板１８、ゲート電極１６、フィールドプレート電極１７の橋状接続配置は図１の実施例に示される配置に限ることなく、ゲート電極１６とフィールドプレート電極１７間の所定距離Ｌｇｆを保つ限り図６に示すように他の配置関係もとり得る。図６の実施例では、接続導板１８はゲート電極上に載置する平坦部と、この平坦部から橋状に垂下し、フィールドプレート電極上に載置する脚部２０とを有している。
【００４０】
即ち、図６（ａ）に示す例では、接続導板１８の平坦部はゲート電極上に位置し、その脚部２０は所定距離Ｌｇｆを保ったまま若干フィールドプレート電極１７上をゲート電極からは離れる方向にずらせて載置している。図６（ｂ）の例では、接続導板１８はそのゲート電極側一縁部に段部を形成し、その段部がゲート電極１６の対向縁部に係合載置している。図６（ｃ）の例では、接続導板１８の平坦部がゲート電極１６上の一縁部から他縁部にまで全体に渡って載置形成されている。図６（ｄ）の例では、接続導板１８の平坦部と脚部の厚さを異ならせており、接続導板１８の脚部２０はそのゲート電極に対向する側の厚さを薄くして、フィールドプレート電極１７上に載置形成されている。尚、平坦部と脚部の厚さを同じにしてフィールドプレート電極の幅より狭くすることもできる。また、図６（ｅ）の例では、接続導板１８の一縁部をゲート電極１６の側面上に接合して接続導板１８の平坦部上面とゲート電極１６の上面とが同一平面状にあるように形成している。
【００４１】
これらの実施例に拠れば、所定距離Ｌｇｆを保ったままで装置全体をコンパクトにする事するが可能であり、また、形成材料の節約等の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施例をモデル化して示す斜視図。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例の第１段階を工程順に示す断面図。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例の第２段階を工程順に示す断面図。
【図４】本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例の第３段階を工程順に示す断面図。
【図５】本発明に係る半導体装置における接続導体の実施例をモデル化して示す斜視図。
【図６】本発明に係る半導体装置におけるゲート電極、フィールドプレート電極、及び接続導体の橋状構造の実施例をモデル化して示す斜視図。
【図７】フィールドプレートを有する従来の半導体装置の一例をモデル化して示す斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
１  半導体装置
１１  半導体基板
１２  チャネル層
１３  ドレイン電極
１４  ソース電極
１５  表面保護膜
１６  ゲート電極
１７  フィールドプレート電極
１８  接続導板
１９  開口部
２０  接続導板脚部
２１、２５ａ、２５ｂ  フォトレジスト膜
２２、２４ａ、２６ａ  ゲート電極形成用の開口
２３  絶縁膜
２４ｂ、２６ｂ  フィールドプレート電極形成用の開口
２５  フォトレジスト層
２６ｃ  接続導板の開口位置
２７  金属膜
【図１】
2007201413.tif 000003
【図２】
2007201413.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007201413.tif 000007
【図６】
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【図７】
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