(57)【要約】【課題】  サイズを増大せずに放熱性を向上させた半導体装置を提供する。【解決手段】  実施形態の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたゲート電極と、前記半導体基板上に、前記ゲート電極と離間して、前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ゲート電極上に形成され、前記ゲート電極近傍で発生した熱を半導体外に放熱する放熱部材と、前記ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極間の前記半導体基板上とゲート電極の周辺領域とを被覆する絶縁体層と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたゲート電極と、
前記半導体基板上に、前記ゲート電極と離間して、前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極上に形成され、前記ゲート電極近傍で発生した熱を半導体外に放熱する放熱部材と、
を具備する半導体装置。
【請求項２】
前記放熱部材は少なくとも一部が空気中に露出している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記放熱部材は前記半導体基板の面と直交する方向へ延伸しており、延伸方向に沿って幅が略均一である、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記放熱部材は前記半導体基板の面と直交する方向へ延伸しており、延伸方向に沿って幅が減少または増大する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記放熱部材は前記ゲート電極の長手方向に沿って形成され、長手方向に沿って異なる高さで形成されている
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】
前記放熱部材は前記ゲート電極と同じ材質または、前記ゲート電極よりも熱伝導率の高い金属により形成されている、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】
前記放熱部材は金若しくは銅またはこれらの合金により形成されている、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１のゲート電極と、
前記半導体基板上に、前記第１のゲート電極と離間して、前記第１のゲート電極を挟んで形成された第１のソース電極及びドレイン電極と、
前記ドレイン電極と離間して設けられた第２のゲート電極と、
前記第２のゲート電極と離間して設けられた第２のソース電極と、
前記第１のゲート電極上に形成され、前記第１のゲート電極近傍で発生した熱を半導体外に放熱する第１の放熱部材と、
前記第２のゲート電極上に形成され、前記第２のゲート電極近傍で発生した熱を半導体外に放熱する第２の放熱部材と、
を有し、
前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材とは対向して設けられている半導体装置。
【請求項９】
前記第１の放熱部材および前記第２の放熱部材は少なくとも一部が空気中に露出している、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材とは前記第１のゲート電極および前記第２のゲート電極の長手方向に沿って異なる高さに形成されている請求項８または請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材とは前記長手方向に沿って対向する部分が互いに異なる高さに形成されている請求項１０に記載の半導体装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信装置等に用いられる大電力用の半導体装置には、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた窒化物半導体がある。大電力用の半導体装置には、窒化ガリウムの層（ＧａＮ層）を形成し、その上にアルミニウム元素（Ａｌ）を含有した窒化アルミニウムガリウムの層（ＡｌＧａＮ層）を形成したＨＥＭＴ構造の半導体装置が知られている。
【０００３】
しかし、窒化物半導体を用いた半導体装置は大電力を印加するとゲート電極下の発熱が顕著になり、半導体装置の特性を劣化させるという問題がある。従来技術ではソース電極、ゲート電極、ドレイン電極のそれぞれの間に中空の放熱路を形成し、この放熱路の一端を半導体の動作領域外に形成した放熱パッドに接続して放熱する半導体装置が知られているが、放熱パッドを設けていることから、半導体装置のサイズが大きくなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１２７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、サイズを増大せずに放熱特性を向上させた半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため実施形態の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたゲート電極と、前記半導体基板上に、前記ゲート電極と離間して、前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ゲート電極上に形成され、前記ゲート電極近傍で発生した熱を半導体外に放熱する放熱部材と、前記ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極間の前記半導体基板上とゲート電極の周辺領域とを被覆する絶縁体層と、を具備している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の平面図。
【図２】第１の実施形態の半導体装置の斜視図。
【図３】第１の実施形態の半導体装置の断面図。
【図４】第２の実施形態の半導体装置の断面図。
【図５】第３の実施形態の半導体装置の斜視図。
【図６】第４の実施形態の半導体装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の平面図であり、図２は第１の実施形態の斜視図である。また、図３は図１及び図２の点線Ａ−Ａ´間における断面図である。
【００１０】
本実施形態の半導体装置１０１は半導体基板１０の上にソース電極１１とゲート電極１２（破線部）とドレイン電極１３とが形成されている。ゲート電極１２は隣接するトランジスタのゲート電極と接続部１２ａにて接続されている。接続部１２ａは半導体基板１０上に形成されたゲートパッド１２ｂと接続されている。これにより、ゲートパッド１２ｂに電圧を印加することで、隣接する２つのトランジスタのゲート電極１２に同時に電圧を印加する。
【００１１】
図１および図２は２個分のトランジスタを形成しており、ドレイン電極１３は共有の電極となっている。ソース電極１１は隣接するトランジスタのソース電極１１と接続されている。図１および図２ではドレイン電極１３を共有としたトランジスタ２個分の領域を記載しているが、トランジスタがさらに隣接する場合は、ソース電極１１及びドレイン電極が当該隣接するトランジスタと共有する。
【００１２】
ゲート電極１２は半導体基板１０の上であって、ソース電極１１とドレイン電極１３との間に挟まれるように形成されている。
【００１３】
本実施形態はゲート電極１２の上には放熱フィン（以下、放熱部材１６と称する）が形成されている。
【００１４】
ゲート電極１２の周辺の領域（以下、周辺領域とする）には絶縁体層１４が形成されているため、図１および図２ではゲート電極１２が絶縁体層１４に被覆された状態（破線部で表記）となっている。
【００１５】
絶縁体層１４はゲート電極１２とソース電極１１との間の半導体基板１０上と、ゲート電極１２とドレイン電極１３との間の半導体基板１０上と、ゲート電極１２の周辺領域とを被覆している。
【００１６】
絶縁体層１４の材質は例えば、窒化珪素（ＳｉＮ）や酸化珪素（ＳｉＯ２）などがある。ただし、絶縁体層１４の材質はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
次に、図３の断面図を用いて説明する。
【００１８】
半導体基板１０の上にはゲート電極１２と、ゲート電極１２を挟むように離間してソース電極１１およびドレイン電極１３が形成されている。
【００１９】
絶縁体層１４はゲート電極１２の周辺領域と各電極間の半導体基板１０上を被覆している。本実施形態ではソース電極１１とドレイン電極１３との上の一部を絶縁体層１４が被覆しているが、被覆の割合については図３に限定されない。
【００２０】
ソース電極１１とドレイン電極１３との上部にはワイヤボンディングによる配線用のメッキ１１ａおよび１３ａがそれぞれ形成されている。メッキ１１ａと１３ａとはそれぞれソース電極１１とドレイン電極１３と電気的に接続されている。
【００２１】
ゲート電極１２の上には、ゲート電極１２の近傍で発生した熱を半導体外に放熱する放熱部材１６が形成されている。放熱性を高めるため、放熱部材１６は少なくとも一部が空気中に露出している。
【００２２】
また、放熱部材１６の幅を幅Ｗとすると、放熱部材１６は半導体基板１０の面と直交する方向へ延伸しており、延伸方向に沿って幅Ｗが略均一である。
【００２３】
放熱部材１６はゲート電極１２と同じ材質にすることで、ゲート電極１２のみよりも放熱しやすくすることができる。また、放熱部材１６はゲート電極１２よりも熱伝導率の高い金属により形成することで放熱性を高めてもよい。ゲート電極１２の材質は一例として、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の合金からなる。そのため、放熱部材１６はゲート電極１２の合金よりも熱伝導率の高い金（Ａｕ）若しくは銅（Ｃｕ）またはこれらの合金により形成することで放熱性を高めることができる。
【００２４】
また、放熱部材１６の形成方法として、当該放熱部材１６を形成する箇所以外の領域にレジストを塗布した後、真空蒸着法により形成させる。その後レジストを除去することで放熱部材１６を形成することが可能となる。以下の実施形態においても同様である。ただし、放熱部材１６の形成方法として、真空蒸着法に限定されるものではない。
【００２５】
また、ゲート電極上部に直接金属で出来た放熱フィン（放熱部材１６）を形成することで、ゲート抵抗が減少し、ＦＥＴの性能が向上する。
【００２６】
以上のように構成することにより本実施形態はサイズを増大させること無く、放熱特性を向上することが可能となる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図４の（ａ）（ｂ）は第２の実施形態の半導体装置１０３の断面図である。本実施形態と第１の実施形態の差異は、放熱部材１６が半導体基板１０の面と直交する方向へ延伸し、延伸方向に沿って幅Ｗが減少（図４（ａ））または増大（図４（ｂ））することにある。
【００２８】
図４の放熱部材１６（１６ａ）は延伸方向に向かって幅Ｗが減少している。図４の放熱部材１６（１６ｂ）は延伸方向に向かって幅Ｗが増大している。
【００２９】
本実施形態の場合、放熱部材１６の幅Ｗを延伸方向に沿って減少または増大させることで、略均一の形状と比較して空気中に露出している表面積が増大する。これにより放熱特性が向上する効果を有する。
【００３０】
放熱部材１６（１６ａ、１６ｂ）の材質は第１の実施形態と同様にゲート電極１２と同じ材質であるか、または、ゲート電極１２よりも熱伝導率の高い金属を用いることで放熱性を高めることができる。
【００３１】
また、ゲート電極上部に直接金属で出来た放熱フィン（放熱部材１６）を形成することで、ゲート抵抗が減少し、ＦＥＴの性能が向上する。
【００３２】
以上のように構成することにより本実施形態はサイズを増大させること無く、放熱特性を向上することが可能となる。
【００３３】
（第３の実施形態）
図５は第３の実施形態の半導体装置１０４の斜視図である。図５は２個分のトランジスタを形成している。第３の実施形態の半導体装置１０４は半導体基板１０上に第１のゲート電極１２１と、第１のゲート電極１２１と離間して、第１のゲート電極１２１を挟んで形成された第１のソース電極１１１及びドレイン電極１３が形成されている。また、ドレイン電極１３と離間して設けられた第２のゲート電極１２２及び第２のゲート電極１２２と離間して第２のソース電極１１２が形成されている。また、図１と同様に接続部１２ａとゲートパッド１２ｂとを有し、ゲートパッド１２ｂに電圧を印加することで、第１のゲート電極１２１および第２のゲート電極１２２に同時に電圧を印加する。ドレイン電極１３は共有の電極となっている。
【００３４】
第１のゲート電極１２１および第２のゲート電極１２２の周辺領域には絶縁体層１４が形成されているため、図５では第１のゲート電極１２１および第２のゲート電極１２２が絶縁体層１４に被覆された状態（破線部で表記）となっている。
【００３５】
絶縁体層１４は第１のゲート電極１２１、第１のソース電極１１１およびドレイン電極１３間の半導体基板１０上と、第２のゲート電極１２２、第２のソース電極１１２およびドレイン電極１３間の半導体基板１０上と、第１のゲート電極１２１の周辺領域と、第２のゲート電極１２２の周辺領域と、を被覆している。
【００３６】
第１のゲート電極１２１の上には第１の放熱フィン（第１の放熱部材１６１（１６１ｃ））が形成され、第１のゲート電極１２１近傍で発生した熱を半導体外に放熱する。また、第２のゲート電極１２２の上には第２の放熱フィン（第２の放熱部材１６２（１６２ｃ））が形成され、第２のゲート電極１２２近傍で発生した熱を半導体外に放熱する。そのため、第１の放熱部材１６１（１６１ｃ）、第２の放熱部材１６２（１６２ｃ）は少なくとも一部が空気中に露出している。
【００３７】
実施形態において、第１の放熱部材１６１（１６１ｃ）と第２の放熱部材１６２（１６２ｃ）とは対向して設けられている。さらに第１の放熱部材１６１（１６１ｃ）と第２の放熱部材１６２（１６２ｃ）とは第１のゲート電極１２１および第２のゲート電極１２２の長手方向に沿って異なる高さを有している。
【００３８】
図５中の太い矢印は空気の対流の向きを表している。第１の放熱部材１６１（１６１ｃ）および第２の放熱部材１６２（１６２ｃ）に高さの異なる凹凸がない場合は第１のゲート電極１２１、第２のゲート電極１２２の長手方向にのみ空気の対流が発生するが、図５のように第１の放熱部材１６１（１６１ｃ）および第２の放熱部材１６２（１６２ｃ）に高さの異なる凹凸を設けることで、空気が第１の放熱部材１６１（１６１ｃ）および第２の放熱部材１６２（１６２ｃ）の凹部を通過する。即ち第１および第２のソース電極１１１、１１２とドレイン電極１３との方向にも空気の対流が発生する。このため、空気中の大気の対流が良くなり、半導体装置のサイズを増大させること無く、放熱特性を向上することが可能となる。また、ゲート電極上部に直接金属で出来た放熱フィン（放熱部材１６）を形成することで、ゲート抵抗が減少し、ＦＥＴの性能が向上する。
【００３９】
（第４の実施形態）
図６は第４の実施形態の半導体装置１０５の斜視図である。本実施形態と第３の実施形態との差異は、対向して設けられた第１の放熱部材１６１（１６１ｄ）と第２の放熱部材１６２（１６２ｄ）とが第１のゲート電極１２１および第２のゲート電極１２２の長手方向に沿って対向する部分が互いに異なる高さに形成されている点である。
【００４０】
図６中の太い矢印は空気の対流の向きを表している。図６のように第１の放熱部材１６１（１６１ｄ）および第２の放熱部材１６２（１６２ｄ）が長手方向に沿って対向する部分が互いに異なる高さを有している。本実施形態では第１の放熱部材１６１（１６１ｄ）はゲート電極パッド１２ｂ側が高く設けられ、第２の放熱部材１６２（１６２ｄ）はゲート電極パッド１２ｂ側が低く設けられている。この場合も、ゲート電極上部に直接金属で出来た放熱フィン（放熱部材１６）を形成することで、ゲート抵抗が減少し、ＦＥＴの性能が向上する。
【００４１】
このような構造の場合、ドレイン電極１３から第１のゲート電極１２１の低い高さの箇所を介して第１のソース電極１１１への空気の対流が可能となる。また、ドレイン電極１３から第２のゲート電極１２２の低い高さの箇所を介して第２のソース電極１１２への空気の対流が可能となる。これにより放熱性を向上することが可能となる。
【００４２】
第３の実施形態および第４の実施形態において、第１の放熱部材１６１および第２の放熱部材１６２は、第１のゲート電極１２１および第２のゲート電極１２２と同じ材質にすることで、ゲート電極１２１およびゲート電極１２２のみよりも放熱しやすくすることができる。また、第１の放熱部材１６１および第２の放熱部材１６２はゲート電極１２１および第２のゲート電極１２２よりも熱伝導率の高い金属により形成することで放熱性を高めてもよい。
【００４３】
第１のゲート電極１２１および第２のゲート電極１２２の材質は一例として、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の合金からなる。そのため、第１の放熱部材１６１および第２の放熱部材１６２をゲート電極（１２１、１２２）の合金よりも熱伝導率の高い金（Ａｕ）若しくは銅（Ｃｕ）またはこれらの合金により形成することで放熱性を高めることができる。
【００４４】
上記実施形態において、半導体基板１０は窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化ガリウムの上に窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を積層した構造などがある。その他、半導体基板１０はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）やガリウムヒ素の上にアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）を積層した構造でも良い。
【００４５】
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、そのほか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。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】
【００４６】
１０‥‥半導体基板、
１１、１１１、１１２‥‥ソース電極、
１２、１２１、１２２‥‥ゲート電極、
１３‥‥ドレイン電極、
１４‥‥絶縁体層、
１６、１６１、１６２‥‥放熱フィン（放熱部材）。 
【図１】
2017174846.tif 000003
【図２】
2017174846.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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