(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】第１の方向に延伸する櫛歯電極１１を有する櫛型形状のソース電極１０と、ソース電極１０の櫛歯電極１１と交差指状に配置された櫛歯電極２１を有する櫛型形状のドレイン電極２０と、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との間に配置されたゲート電極３０とを備え、ソース電極１０の櫛歯電極１１の先端部分に沿って延伸するゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径が、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１の先端部分において、ソース電極１０の他の櫛歯電極１１の先端部分においてよりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に延伸する櫛歯電極を有する櫛型形状の第１の主電極と、
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の主電極と、
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と
を備え、
前記第１の主電極の前記櫛歯電極の先端部分に沿って延伸する前記ゲート電極の湾曲部分の曲率半径が、前記第１の主電極の最外部の櫛歯電極の前記先端部分において、前記第１の主電極の他の前記櫛歯電極の前記先端部分においてよりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の主電極の前記最外部の櫛歯電極が、前記第２の主電極の最外部の櫛歯電極よりも外側に配置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】
前記第１の主電極がソース電極であり、前記第２の主電極がドレイン電極であって、
前記ゲート電極が、前記第１の主電極の前記最外部の櫛歯電極の前記先端部分に沿った前記湾曲部分から前記第１の主電極の外側に、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って引き出された部分を有し、
前記ゲート電極の前記引き出された部分における前記ゲート電極と前記第２の主電極との電極間隔が、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との間の領域における前記電極間隔と同等以上であ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の方向が直交することを特徴とする請求項３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、第１の方向に延伸する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、第１の主電極の櫛歯電極の先端部分に沿って延伸するゲート電極の湾曲部分の曲率半径が、第１の主電極の最外部の櫛歯電極の先端部分において、第１の主電極の他の櫛歯電極の先端部分においてよりも大き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。そして、第１の主電極の櫛歯電極の先端部分に沿って延伸するゲート電極の湾曲部分の曲率半径が、第１の主電極の複数の櫛歯電極のうちで最外部の櫛歯電極の先端部分において、他の櫛歯電極の先端部分においてよりも大きい。以下において、第１の主電極と第２の主電極のうち、最も外側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。
【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。以下において、ソース電極１０の櫛歯電極の先端部分やドレイン電極２０の櫛歯電極の先端部分の位置する領域を「先端領域」という。
【００１２】
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。
【００１３】
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が、ドレイン電極２０の最外部の櫛歯電極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。つまり、半導体装置１では、端部１０１におけるソース電極１０の先端部分に沿ったゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径が、中央部１０２におけるソース電極１０の先端部分に沿ったゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径よりも大きい。
【００１４】
図１に示すように、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た層間絶縁膜（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、ソース電極１０の櫛歯電極１１の一部を櫛柄電極１２を透過して図示している。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。
【００１５】
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。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。
【００１６】
図１に示したように、ゲート電極３０は、ソース電極１０の最外部の櫛歯電極１１の先端部分に沿った湾曲部分からソース電極１０の外側に引き出されている。このゲート電極３０の引き出された部分は、ソース電極１０の直線部分の延伸する第１の方向と交差する第２の方向に沿って延伸する。第２の方向は、端部１０１におけるゲート電極３０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いように設定される。例えば図１に示したように、第２の方向は第１の方向と直交する。
【００１７】
なお、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の引き出された部分における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に、ゲート電極３０がソース電極１０の外側に引き出される。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。
【００１８】
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では、曲率半径が小さい櫛歯電極の先端部分において電界が集中する。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。
【００１９】
これに対し、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１では、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、中央部１０２と端部１０１とでゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径が同等である図２に示す比較例の半導体装置１Ａ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
＜変形例＞
図１に示した半導体装置１では、ゲート電極３０の端部が、ソース電極１０の直線部分と垂直な方向で、ソース電極１０の外部に引き出されている。しかし、端部１０１におけるゲート電極３０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ゲート電極３０の端部が引き出されるのであれば、ゲート電極３０の端部の引き出し方向は任意である。
【００２６】
例えば、図４に示す半導体装置１のように、ゲート電極３０の引き出された部分が、ソース電極１０の直線部分に対して垂直ではなく斜めにソース電極１０の外側に引き出されてもよい。この場合、図４に示すように、ソース電極１０の直線部分とのなす角が９０度よりも小さくなるようにゲート電極３０の端部を引き出すことが好ましい。これより、ＧＤ間隔が他の領域よりも狭くならず、半導体装置１の耐圧の低下が抑制される。
【００２７】
（第２の実施形態）
図１では、ソース電極１０に関して、最外部の櫛歯電極の先端部分に沿ったゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径が、他の櫛歯電極の先端部分に沿ったゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径よりも大きい場合を示した。しかし、図５に示すように、ドレイン電極２０に関して、最外部の櫛歯電極の先端部分に沿ったゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径を、他の櫛歯電極の先端部分に沿ったゲート電極３０の湾曲部分の曲率半径よりも大きくしてもよい。
【００２８】
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。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００２９】
図５では、ゲート電極３０の端部が、ドレイン電極２０の直線部分と垂直な方向に沿って、ドレイン電極２０の外部に引き出されている例を示した。しかし、例えば図４に示した変形例と同様に、ゲート電極３０の端部を、ドレイン電極２０の直線部分に対して垂直ではなく、斜めに引き出してもよい。
【００３０】
図５に示した半導体装置１によっても、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での電界集中が緩和される。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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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】
【００３５】
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
１０１…端部
１０２…中央部
【図１】
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【図２】
2017147264.tif 000004
【図３】
2017147264.tif 000005
【図４】
2017147264.tif 000006
【図５】
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