(57)【要約】【課題】櫛型形状のソース電極とドレイン電極が交差指状に配置された電極構造を有し、櫛型電極の先端部での電界集中が緩和された半導体装置を提供する。【解決手段】ゲート電極３０が、ソース電極１０の櫛歯電極１１とドレイン電極２０の櫛歯電極２１のうちで最外部の櫛歯電極と最外部の櫛歯電極に隣接する櫛歯電極との間を第１の方向に延伸する直線部分３０１と、最外部の櫛歯電極の先端部分に沿って湾曲する第１の湾曲部分を介して直線部分３０１と連結し、第１の方向と交差する第２の方向に延伸する第１の引き出し部分３０２と、第２の湾曲部分を介して第１の引き出し部分３０２と連結する第２の引き出し部分３０３とを備え、直線部分３０１と最外部の櫛歯電極との間の距離ａ１よりも、第２の引き出し部分３０３と最外部の櫛歯電極との間の距離ａ２が長い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
櫛歯電極を有する櫛型形状の第１の主電極、前記第１の主電極の前記櫛歯電極と交差指状に配置された櫛歯電極を有する櫛型形状の第２の主電極、及び前記第１の主電極の前記櫛歯電極と前記第２の主電極の前記櫛歯電極との間に配置されたゲート電極を備え、
前記ゲート電極が、
前記第１の主電極の前記櫛歯電極と前記第２の主電極の前記櫛歯電極のうちで最外部の櫛歯電極と前記最外部の櫛歯電極に隣接する前記櫛歯電極との間を第１の方向に延伸する直線部分と、
前記最外部の櫛歯電極の先端部分に沿って湾曲する第１の湾曲部分を介して前記直線部分と連結し、前記第１の方向と交差する第２の方向に延伸する第１の引き出し部分と、
第２の湾曲部分を介して前記第１の引き出し部分と連結する第２の引き出し部分と
を備え、
前記直線部分と前記最外部の櫛歯電極との間の距離よりも、前記第２の引き出し部分と前記最外部の櫛歯電極との間の距離が長いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の湾曲部分の曲率半径と前記第２の湾曲部分の曲率半径が同じであ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】
前記直線部分と前記第２の引き出し部分とが、前記最外部の櫛歯電極を挟んで平行に延伸することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の方向と前記第２の方向とが直交することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項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、櫛型形状の電極を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソース領域とドレイン領域が互いに入り組んだ櫛型構造が、トランジスタ構造に採用されている。このトランジスタ構造では、ソース領域に沿って櫛型形状のソース電極が配置され、ドレイン領域に沿って櫛型形状のドレイン電極が配置されている。このような交差指状に配置された電極構造を有する横型半導体装置の耐圧を向上するために、種々の構造が提案されている。例えば、櫛型電極の直線部分よりも先端部分で電極間の距離を広くすることによって先端部分での電界集中を緩和する構造が提示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９８２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高耐圧化のために、半導体装置の櫛型電極の先端部分での電界集中を更に緩和することが望まれている。本発明は、櫛型形状のソース電極とドレイン電極が交差指状に配置された電極構造を有し、櫛型電極の先端部分での電界集中が緩和された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】
【０００５】
本発明の一態様によれば、櫛歯電極を有する櫛型形状の第１の主電極、第１の主電極の櫛歯電極と交差指状に配置された櫛歯電極を有する櫛型形状の第２の主電極、及び第１の主電極の櫛歯電極と第２の主電極の櫛歯電極との間に配置されたゲート電極を備え、ゲート電極が、第１の主電極の櫛歯電極と第２の主電極の櫛歯電極のうちで最外部の櫛歯電極と最外部の櫛歯電極に隣接する櫛歯電極との間を第１の方向に延伸する直線部分と、最外部の櫛歯電極の先端部分に沿って湾曲する第１の湾曲部分を介して直線部分と連結し、第１の方向と交差する第２の方向に延伸する第１の引き出し部分と、第２の湾曲部分を介して第１の引き出し部分と連結する第２の引き出し部分とを備え、直線部分と最外部の櫛歯電極との間の距離よりも、第２の引き出し部分と最外部の櫛歯電極との間の距離が長い半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、櫛型形状のソース電極とドレイン電極が交差指状に配置された電極構造を有し、櫛型電極の先端部分での電界集中が緩和された半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な平面図である。
【図２】比較例の半導体装置の構造を示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体装置の構造を示す模式的な平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【０００９】
また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１は、櫛歯電極を有する櫛型形状の第１の主電極と、第１の主電極の櫛歯電極と交差指状に配置された櫛歯電極を有する櫛型形状の第２の主電極と、第１の主電極の櫛歯電極と第２の主電極の櫛歯電極との間に配置されたゲート電極とを備える。
【００１１】
図１は、第１の主電極がソース電極１０であり、第２の主電極がドレイン電極２０である半導体装置１を例示している。ソース電極１０の櫛歯電極１１とドレイン電極２０の櫛歯電極２１は図１の上下方向に延伸しており、ゲート電極３０は紙面に向かって左右方向に重なるように多重に折り返されて配置されている。ソース電極１０及びドレイン電極２０の櫛歯電極の先端部分は円弧形状である。このため、ソース電極１０とドレイン電極２０間に配置されるゲート電極３０が、先端領域で湾曲している。
【００１２】
以下において、ソース電極１０の櫛歯電極１１の先端部分やドレイン電極２０の櫛歯電極２１の先端部分の位置する領域を「先端領域」という。また、ソース電極１０の櫛歯電極１１とドレイン電極２０の櫛歯電極２１のうちで最外部の櫛歯電極が配置された領域を「端部」といい、端部以外の領域を「中央部」という。図１に示した半導体装置１では、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１が、ドレイン電極２０の最外部の櫛歯電極２１よりも平面視で外側に配置されている。このため、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１が配置された領域が端部１０１であり、端部１０１に挟まれた領域が中央部１０２である。
【００１３】
ゲート電極３０は、図１に示すように、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１の先端領域からソース電極１０の外側に引き出されている。より詳細には、ゲート電極３０は、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１とその最外部の櫛歯電極１１に隣接するドレイン電極２０の櫛歯電極２１との間を第１の方向に延伸する直線部分３０１、直線部分３０１に連結する第１の引き出し部分３０２、及び第１の引き出し部分３０２に連結する第２の引き出し部分３０３を備える。
【００１４】
第１の引き出し部分３０２は、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１の先端部分に沿って湾曲する第１の湾曲部分を介して直線部分３０１と連結され、第１の方向と交差する第２の方向に延伸する。第１の引き出し部分３０２と第２の引き出し部分３０３とは、第２の湾曲部分を介して連結されている。
【００１５】
半導体装置１では、直線部分３０１とソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１との間の距離ａ１よりも、第２の引き出し部分３０３とソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１との間の距離ａ２が長い。
【００１６】
端部１０１におけるソース電極１０の櫛歯電極１１の先端部分は、チップ端が近く、最も電界が集中しやすいが、ゲート電極３０に囲まれるような構造とすることで、先端部分の周りが空乏化され、電界集中が緩和される。またチップ端側のゲート電極３０とソース電極１０との電極間隔（以下において「ＧＳ間隔」という。）を広げることで、空乏層をチップ端側へ離すことができるので、より電界緩和の効果が得られる。その結果、半導体装置１の耐圧を向上させることができる。
【００１７】
更に、半導体装置１では、第１の湾曲部分の曲率半径と第２の湾曲部分の曲率半径が同じである。このため、湾曲部分の空乏層が均一に広がり、ゲート動作を安定させられる。これにより、端部１０１におけるソース電極１０の櫛歯電極１１の先端での電界集中が更に緩和され、半導体装置１の耐圧を向上させることができる。
【００１８】
例えば、図１に示したように、第１の引き出し部分３０２の延伸する第２の方向が、直線部分３０１の延伸する第１の方向と直交する。この場合、直線部分３０１、第１の引き出し部分３０２及び第２の引き出し部分３０３によってコの字形状が構成され、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１を挟んで直線部分３０１と第２の引き出し部分３０３とが平行に延伸する。
【００１９】
また、端部１０１におけるゲート電極３０の第１の湾曲部分の曲率半径を、中央部１０２におけるゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径よりも大きいように設定することが好ましい。櫛型形状のソース電極１０とドレイン電極２０が交差指状に配置された電極構造では、曲率半径が小さい櫛歯電極の先端部分に電界が集中する。特に、最外部の櫛歯電極の先端部分で電界が集中しやすく、半導体装置の耐圧の低下に大きく影響する。
【００２０】
これに対し、ゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径を中央部１０２よりも端部１０１において大きくすることによって、端部１０１における櫛型電極の先端部分の電界集中が緩和される。その結果、図２に示す比較例の半導体装置１Ａのようにゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径が中央部１０２と端部１０１とで同等である場合と比べて、半導体装置１の耐圧を向上させることができる。
【００２１】
このため、半導体装置１では、端部１０１におけるゲート電極３０の第１の湾曲部分の曲率半径が、中央部１０２におけるゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径よりも大きくなるように、第１の引き出し部分３０２の延伸する第２の方向が設定される。このとき、ゲート電極３０とドレイン電極２０との電極間隔（以下において「ＧＤ間隔」という。）に関して、ゲート電極３０の第１の引き出し部分３０２と第２の引き出し部分３０３におけるＧＤ間隔が、ソース電極１０の櫛歯電極１１とドレイン電極２０の櫛歯電極２１との間の領域におけるＧＤ間隔と同等以上であるようする。これは、ＧＤ間隔が狭くなると、半導体装置１の耐圧が低下するためである。
【００２２】
図１に示した半導体装置１では、同一平面レベルの第１配線層において、ソース電極１０のそれぞれの櫛歯電極１１は互いに離間して島状の形成されている。そして、第１配線層と異なる平面レベルの第２配線層に、ソース電極１０の櫛柄電極１２が形成されている。ソース電極１０の櫛歯電極１１のそれぞれと櫛柄電極１２とは、第１配線層と第２配線層との間に配置される層間絶縁膜（図示略）を貫通するビア１３によって電気的に接続されている。図１では、櫛柄電極１２を透過してソース電極１０の櫛歯電極１１の一部を図示している。ドレイン電極２０の櫛歯電極２１は、櫛柄電極２２と同一の第１配線層に配置される。
【００２３】
ゲート電極３０は、ドレイン電極２０の先端領域において連結部３１の一方の端部に接続している。連結部３１の他方の端部は、平面視でソース電極１０の櫛柄電極１２の外側に配置されたパッド領域３２に接続されている。ゲート電極３０、連結部３１及びパッド領域３２は、同一平面レベルに形成されている。即ち、半導体装置１では、ソース電極１０の櫛柄電極１２以外の電極は同一平面レベルに形成されている。
【００２４】
半導体装置１は、例えば図３に示すような、窒化物半導体層を積層したヘテロ構造を有する高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などである。図３は、櫛歯電極の直線部分が延伸する方向と垂直な方向に沿った断面図である。図３に示す半導体装置１は、バンドギャップエネルギーが互いに異なる窒化物半導体からなるキャリア走行層４１とキャリア供給層４２とを積層した窒化物半導体層４０を有する。キャリア走行層４１とキャリア供給層４２間の界面にヘテロ接合面が形成され、ヘテロ接合面近傍のキャリア走行層４１に電流通路（チャネル）としての二次元キャリアガス層４３が形成される。窒化物半導体層４０上にソース電極１０、ドレイン電極２０及びゲート電極３０が配置されている。図３に示すように、基板５１上にバッファ層５２が配置され、バッファ層５２上に窒化物半導体層４０が配置されている。また、窒化物半導体層４０の表面には、絶縁膜６０が配置される。
【００２５】
基板５１には、シリコン（Ｓｉ）基板、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）基板、ＧａＮ基板などの半導体基板や、サファイア基板、セラミック基板などの絶縁体基板を採用可能である。バッファ層５２は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などのエピタキシャル成長法で形成できる。なお、バッファ層５２はＨＥＭＴの動作に直接には関係しないため、バッファ層５２を省いてもよい。バッファ層５２の構造や配置の有無は、基板５１や窒化物半導体層４０の材料や膜厚などに応じて決定される。
【００２６】
キャリア走行層４１は、例えば不純物が添加されていないノンドープＧａＮを、ＭＯＣＶＤ法などによりエピタキシャル成長させて形成する。ここでノンドープとは、不純物が意図的に添加されていないことを意味する。キャリア走行層４１上に配置されたキャリア供給層４２は、キャリア走行層４１よりもバンドギャップが大きく、且つキャリア走行層４１より格子定数の小さい窒化物半導体からなる。キャリア供給層４２としてノンドープのＡｌxＧａ1-xＮが採用可能である。
【００２７】
キャリア供給層４２とキャリア走行層４１は格子定数が異なるため、格子歪みによるピエゾ分極が生じる。このピエゾ分極とキャリア供給層４２の結晶が有する自発分極により、ヘテロ接合付近のキャリア走行層４１に高密度のキャリアが生じ、二次元キャリアガス層４３が形成される。
【００２８】
なお、図３に示すように、ソース電極１０とゲート電極３０との間隔よりも、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間隔を広くする。これにより、半導体装置１の耐圧が向上する。
【００２９】
＜変形例＞
図１に示した半導体装置１では、ゲート電極３０の第２の引き出し部分３０３が、直線部分３０１と平行に延伸している。しかし、直線部分３０１とソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１との間の距離ａ１よりも第２の引き出し部分３０３とソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１との間の距離ａ２が長ければ、第２の引き出し部分３０３の延伸する方向は任意である。
【００３０】
例えば、図４に示す半導体装置１のように、第２の引き出し部分３０３が、直線部分３０１に平行ではなく斜めにソース電極１０の外側に延伸してもよい。
【００３１】
（第２の実施形態）
図１では、最外部の櫛歯電極がソース電極１０の櫛歯電極１１である場合を示した。つまり、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１が、ドレイン電極２０の最外部の櫛歯電極２１よりも平面視で外側に配置されている。
【００３２】
一方、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置１は、図５に示すように、ドレイン電極２０の最外部の櫛歯電極２１が、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１よりも平面視で外側に配置されている。つまり、ドレイン電極２０の最外部の櫛歯電極２１が配置された領域が端部１０１であり、この端部１０１に挟まれた領域が中央部１０２である点が、図１と異なる。
【００３３】
図５に示した半導体装置１では、ドレイン電極２０の最外部の櫛歯電極２１とソース電極１０の櫛歯電極１１との間を、直線部分３０１が第１の方向に延伸する。そして、最外部の櫛歯電極２１の先端部分に沿って湾曲する第１の湾曲部分を介して第１の引き出し部分３０２が直線部分３０１と連結し、第２の湾曲部分を介して第２の引き出し部分３０３が第１の引き出し部分３０２と連結している。
【００３４】
図５に示した半導体装置１では、直線部分３０１とドレイン電極２０の最外部の櫛歯電極２１との間の距離ｂ１よりも、第２の引き出し部分３０３とドレイン電極２０の最外部の櫛歯電極２１との間の距離ｂ２が長い。これにより、端部１０１におけるドレイン電極２０の櫛歯電極２１の先端での電界集中が緩和される。更に、第１の湾曲部分の曲率半径と第２の湾曲部分の曲率半径を同一にすることにより、端部１０１におけるドレイン電極２０の櫛歯電極２１の先端での電界集中が更に緩和される。図５に示した例では、第２の方向が、直線部分３０１が延伸する第１の方向と直交する。
【００３５】
また、中央部１０２よりも端部１０１においてゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径を大きくすることによって、端部１０１における櫛型電極の先端部分の電界集中が緩和される。
【００３６】
図５では、第２の引き出し部分３０３が直線部分３０１と平行に延伸する例を示した。しかし、例えば図４に示した変形例と同様に、第２の引き出し部分３０３を、直線部分３０１に対して垂直ではなく斜めに引き出してもよい。
【００３７】
図５に示した半導体装置１によれば、ドレイン電極２０の櫛歯電極２１の先端部分での電界集中が緩和され、半導体装置１の耐圧を向上させることができる。
【００３８】
なお、既に述べたように、半導体装置１の耐圧を向上させるために、ソース電極１０とゲート電極３０との間隔よりも、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間隔を広くする。このため、ゲート電極３０との間隔が狭いソース電極１０の端部１０１においてゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径を大きくする方が、耐圧を向上させるために効果的である。一方、ドレイン電極２０の櫛歯電極２１が最外部である場合には、図５に示した構造が好適に採用される。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００３９】
（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４０】
例えば、上記では半導体装置１がＨＥＭＴである場合を示したが、半導体装置１がＨＥＭＴ以外のトランジスタ、例えば横型ＦＥＴである場合にも、上記の櫛型電極構造を採用可能である。
【００４１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１…半導体装置
１０…ソース電極
１１…櫛歯電極
１２…櫛柄電極
２０…ドレイン電極
２１…櫛歯電極
２２…櫛柄電極
３０…ゲート電極
３１…連結部
３２…パッド領域
１０１…端部
１０２…中央部
３０１…直線部分
３０２…第１の引き出し部分
３０３…第２の引き出し部分
【図１】
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【図２】
2017147265.tif 000004
【図３】
2017147265.tif 000005
【図４】
2017147265.tif 000006
【図５】
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