專利名稱：氮化物半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體裝置，特別涉及一種具有形成在有緣區(qū)域上的電極墊的氮化物半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
III-V族氮化物半導(dǎo)體(以下稱其為氮化物半導(dǎo)體。)是為III族元素的鎵(Ga)、鋁(Al)及銦(In)等和為V族元素的氮(N)的化合物，形成通式為AlxGai_x_yInyN(在此，0彡1彡1、0彡7彡1且x+y ( I)的混晶。氮化物半導(dǎo)體的帶隙較寬，其能帶結(jié)構(gòu)是直接躍遷型，因而該氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用于短波長光學(xué)元件中。因為氮化物半導(dǎo)體具有擊穿電場較高且電子飽和速度較快的優(yōu)點，所以正在進一步研究在電子器件中應(yīng)用氮化物半導(dǎo)體。特別是下述異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(Hetero-junction Field EffectTransistor :以下稱其為HFET)作為高輸出功率型器件和高頻器件正在被積極研發(fā)，該異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管利用·出現(xiàn)于依次外延生長在半絕緣性襯底上的AlxGahN層(在此，O < X彡I)和GaN層之間的界面上的二維電子氣(2Dimensional Electron Gas :以下稱其為2DEG)。在HFET中，不但從載流子供給層即AlGaN肖特基層被供給電子，而且由于自發(fā)極化和壓電極化所帶來的極化效應(yīng)而被供給電荷。因此，用氮化物半導(dǎo)體形成的HFET的電子密度會超過1013cm_2，這比用砷化鋁鎵(AlGaAs)和砷化鎵(GaAs)形成的HFET的電子密度還大了，大約為用砷化鋁鎵和砷化鎵形成的HFET的十倍左右。如上所述，根據(jù)用氮化物半導(dǎo)體形成的HFET，能夠期待實現(xiàn)比用GaAs形成的HFET高的漏極電流密度，有關(guān)報告說已經(jīng)存在最大漏極電流超過lA/mm的元件(參照例如非專利文獻I)。而且，因為氮化物半導(dǎo)體的帶隙較寬(例如GaN的帶隙為3. 4eV)，所以其絕緣擊穿電壓特性也較高，在用氮化物半導(dǎo)體形成的HFET中，能夠使柵電極和漏電極之間的絕緣擊穿電壓在IOOV以上。因此，正在研究將用氮化物半導(dǎo)體形成的HFET等電子器件用作高頻元件以及能夠以比現(xiàn)有元件小的設(shè)計尺寸應(yīng)對大功率的元件。氮化物半導(dǎo)體裝置的有緣區(qū)域的尺寸能夠縮小到硅(Si)半導(dǎo)體裝置的三分之一到十分之一左右。然而，當其用途是使大電流流動的功率元件時，優(yōu)選與電極墊連接的金屬線直徑或帶尺寸等較大，因而即使縮小有緣區(qū)域，縮小氮化物半導(dǎo)體裝置的尺寸的效果也較小。作為縮小氮化物半導(dǎo)體裝置的尺寸的方法正在研究將電極墊形成在有緣區(qū)域上的、所謂的墊上元件(POE Pad On Element)結(jié)構(gòu)(參照例如專利文獻I)。專利文獻I :日本公開特許公報特開2008-177527號公報非專利文獻I :安藤祐二、岡本康宏、宮本廣信、中山達峰、井上隆、葛原正明著“對高絕緣擊穿電壓AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)FET的評價”信學(xué)技報、ED2002-214、CPM2002-105(2002-10)、p. 29-34。

發(fā)明內(nèi)容
-發(fā)明要解決的技術(shù)問題-
然而，上述現(xiàn)有墊上元件結(jié)構(gòu)具有以下問題。若將漏電極墊形成在活性層上并將源電極墊形成在襯底背面上，墊布置效率就會達到最高。然而，若要將源電極墊形成在襯底背面上，就需要形成貫通氮化物半導(dǎo)體層和襯底的過孔(via)，會存在成本上升的問題。因此，從制造方法的易實施性和尺寸縮小的角度來看，優(yōu)選將漏電極墊和源電極墊形成在活性層上。然而，當將漏電極墊和源電極墊都形成在活性層上時，只能使電極指(finger)的一部分與電極墊直接接觸。電極指的寬度受到器件尺寸的限制，因而難以使該寬度變寬。電極指一般利用剝離(lift-off)法形成，因而難以使電極指的膜厚變厚。因此，電極指的布線電阻較高，當僅有電極指的一部分與電極墊直接接觸時會存在器件的導(dǎo)通電阻上升的問題。另一方面，當例如僅將一種電極墊形成在活性層上時，需要形成較大的開口部以讓整個電極指與電極墊直接接觸，因而會存在電極墊的平坦性下降的問題。不僅在HFET中會出現(xiàn)上列問題，在肖特基二極管等其他氮化物半導(dǎo)體裝置中也會出現(xiàn)上列問題。本發(fā)明正是鑒于上述各點而完成的。其目的在于實現(xiàn)一種解決當在活性層上形成電極墊時會出現(xiàn)的問題、抑制了導(dǎo)通電阻的上升的氮化物半導(dǎo)體裝置。-用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案-為達成上述目的，本發(fā)明中的半導(dǎo)體裝置構(gòu)成為形成在有緣區(qū)域上的電極墊通過電極布線與電極連接。具體而言，示例的氮化物半導(dǎo)體裝置包括氮化物半導(dǎo)體層疊層體，呈指狀的第一電極及呈指狀的第二電極、第一絕緣膜、第一電極布線、第二電極布線、第二絕緣膜以及第一金屬層，該氮化物半導(dǎo)體層疊層體形成在襯底上，并具有由元件隔離區(qū)域包圍的有緣區(qū)域，該第一電極和該第二電極彼此留有間隔地形成在有緣區(qū)域上，該第一絕緣膜覆蓋第一電極和第二電極，并具有使第一電極的上表面露出的第一開口部和使第二電極的上表面露出的第二開口部，該第一電極布線形成在第一電極上，并在第一開口部與第一電極接觸，該第二電極布線形成在第二電極上，并在第二開口部與第二電極接觸，該第二絕緣膜覆蓋第一電極布線和第二電極布線，該第一金屬層隔著第二絕緣膜形成在有緣區(qū)域上，并與第一電極布線連接。在示例的氮化物半導(dǎo)體裝置中，作為電極墊的第一金屬層隔著第二絕緣膜形成在有緣區(qū)域上，并與第一電極布線連接。假如讓形成在有緣區(qū)域上的第一金屬層和第一電極通過過孔等直接連接起來，則因為第一電極的布線電阻較大，所以有可能氮化物半導(dǎo)體裝置的導(dǎo)通電阻上升。然而，示例的第一金屬層和第一電極通過第一電極布線相連接。因為第一電極布線的布線電阻能夠設(shè)定為比第一電極小的值，所以即使當?shù)谝唤饘賹雍偷谝浑姌O布線的接觸面積較小時，也能夠抑制氮化物半導(dǎo)體裝置的導(dǎo)通電阻上升。示例的氮化物半導(dǎo)體裝置也可以是這樣的，即該氮化物半導(dǎo)體裝置還包括與第一金屬層彼此留有間隔地形成在第二絕緣膜上的第二金屬層，第二金屬層形成在有緣區(qū)域上，并與第二電極布線連接。在示例的氮化物半導(dǎo)體裝置中，也可以是這樣的，S卩該氮化物半導(dǎo)體裝置還包括第一過孔和第二過孔，該第一過孔使第一金屬層和第一電極布線相連接，該第二過孔使第二金屬層和第二電極布線相連接，第一過孔和第二過孔形成在有緣區(qū)域上。在示例的氮化物半導(dǎo)體裝置中，也可以是這樣的，即該氮化物半導(dǎo)體裝置還包括第一過孔和第二過孔，該第一過孔使第一金屬層和第一電極布線相連接，該第二過孔使第二金屬層和第二電極布線相連接，第一過孔和第二過孔形成在元件隔離區(qū)域上。在該情況下，也可以是這樣的，即第二絕緣膜具有第一膜和第二膜，該第一膜為氮化硅膜或氧化硅膜，該第二膜形成在該第一膜上且為有機絕緣膜，第一過孔和第二過孔的開口部在第二膜下端部的開口部面積比該開口部在第一膜上端部的開口部面積大。優(yōu)選在示例的氮化物半導(dǎo)體裝置中，在第一電極布線與第二電極布線之間的最短距離、第一電極布線與第二金屬層之間的最短距離以及第二電極布線與第一金屬層之間的最短距離中最短的距離乘以第二絕緣膜的絕緣擊穿電壓的積在600V以上。在示例的氮化物半導(dǎo)體裝置中也可以構(gòu)成為第一電極為陰極電極，第二電極為陽極電極。
在示例的氮化物半導(dǎo)體裝置中也可以構(gòu)成為該氮化物半導(dǎo)體裝置還包括第一柵電極和第三金屬層，該第一柵電極呈指狀且形成在第一電極和第二電極之間，該第三金屬層與第一金屬層及第二金屬層彼此留有間隔地形成在第二絕緣膜上，并且與第一柵電極連接，第三金屬層和第二金屬層之間的間隔在第三金屬層和第一金屬層之間的間隔以上，第一電極為源電極，第二電極為漏電極。在該情況下，在垂直于襯底且垂直地橫切第一電極布線和第二電極布線的剖面上，第一電極布線的位于第二電極一側(cè)的端部也可以位于比第一柵電極還靠近第二電極一側(cè)的位置上。示例的氮化物半導(dǎo)體裝置也可以還包括形成在第一柵電極和氮化物半導(dǎo)體層疊層體之間的P型氮化物半導(dǎo)體層。示例的氮化物半導(dǎo)體裝置也可以構(gòu)成為該氮化物半導(dǎo)體裝置還包括呈指狀的第一柵電極及呈指狀的第二柵電極、和第三金屬層及第四金屬層，該第一柵電極和該第二柵電極從第一電極一側(cè)依次形成在第一電極和第二電極之間，該第三金屬層與第一金屬層及第二金屬層彼此留有間隔地形成在第二絕緣膜上，并且與第一柵電極連接，該第四金屬層與第一金屬層及第二金屬層彼此留有間隔地形成在所述第二絕緣膜上，并且與第二柵電極連接，第三金屬層和第二金屬層之間的間隔在第三金屬層和第一金屬層之間的間隔以上，第一電極為第一歐姆電極，第二電極為第二歐姆電極。在該情況下，也可以是這樣的，即在垂直于襯底且垂直地橫切第一電極布線和第二電極布線的剖面上，第一電極布線的位于第二電極一側(cè)的端部位于比第一柵電極還靠近第二電極一側(cè)且比第二柵電極還靠近第一柵電極一側(cè)的位置上，第二電極布線的位于第一電極一側(cè)的端部位于比第二柵電極還靠近第一電極一側(cè)且比第一柵電極還靠近第二柵電極一側(cè)的位置上。示例的氮化物半導(dǎo)體裝置也可以還包括分別形成在第一柵電極及第二柵電極與氮化物半導(dǎo)體層疊層體之間的P型氮化物半導(dǎo)體層。-發(fā)明的效果-根據(jù)本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)一種解決當在活性層上形成電極墊時會出現(xiàn)的問題、抑制了導(dǎo)通電阻的上升的氮化物半導(dǎo)體裝置。


圖I是俯視圖，顯示一實施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置。圖2是剖視圖，顯示一實施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置。圖3是剖視圖，顯示一實施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置。圖4是俯視圖，顯示一實施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的變形例。圖5是俯視圖，顯示一實施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的變形例。圖6是剖視圖，顯示一實施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的變形例。圖7是俯視圖，顯示一實施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的變形例。·
-符號說明-101-襯底；102_氮化物半導(dǎo)體層疊層體；102A-有緣區(qū)域；102B_元件隔離區(qū)域；120-緩沖層；121-第一氮化物半導(dǎo)體層；122-第二氮化物半導(dǎo)體層；131-第一歐姆電極；132-第二歐姆電極；133-柵電極；133A-第一柵電極；133B-第二柵電極；134-第三氮化物半導(dǎo)體層；141-第一絕緣膜；142-第二絕緣膜；142A-第一膜；142B_第二膜；151-第一歐姆電極布線；152_第二歐姆電極布線；153_柵電極布線；153A-第一柵電極布線；153B_第二柵電極布線；155_布線；156_布線；161-第一金屬層；162_第二金屬層；163_第三金屬層；163A-第三金屬層；163B-第四金屬層；164_背面電極；165_第一過孔；166_第二過孔；167-第三過孔；231-第一電極；232_第二電極；251_第一電極布線；252_第二電極布線；261-第一金屬層；262_第二金屬層；265_第一過孔；266_第二過孔。
具體實施例方式圖I 圖3顯示一實施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置，圖I顯示平面結(jié)構(gòu)，圖2顯示沿圖I中的II-II線的剖面結(jié)構(gòu)，圖3顯示沿圖I中的III-III線的剖面結(jié)構(gòu)。本實施方式中的氮化物半導(dǎo)體裝置包括形成在硅(Si)襯底101上的氮化物半導(dǎo)體層疊層體102。氮化物半導(dǎo)體層疊層體102具有例如從襯底101 —側(cè)依次形成的緩沖層120、第一氮化物半導(dǎo)體層121和第二氮化物半導(dǎo)體層122，該第一氮化物半導(dǎo)體層121由非摻雜GaN形成，其膜厚為2. 5 μ m，該第二氮化物半導(dǎo)體層122由非摻雜AlGaN形成，其膜厚為50nm。氮化物半導(dǎo)體層疊層體102具有有緣區(qū)域102A和包圍有緣區(qū)域102A的元件隔離區(qū)域102B。元件隔離區(qū)域102B是已經(jīng)通過離子注入等而使其電阻值上升的區(qū)域。在有緣區(qū)域102A的第一氮化物半導(dǎo)體層121中與第二氮化物半導(dǎo)體層122之間的界面附近，形成有由二維電子氣(2DEG)形成的溝道。在氮化物半導(dǎo)體層疊層體102上形成有呈指狀且橫跨有緣區(qū)域102A的第一歐姆電極131和第二歐姆電極132，該第一歐姆電極131和該第二歐姆電極132彼此留有間隔地交替排在氮化物半導(dǎo)體層疊層體102上。在氮化物半導(dǎo)體層疊層體102上的第一歐姆電極131和第二歐姆電極132之間，與氮化物半導(dǎo)體層疊層體102夾著P型第三氮化物半導(dǎo)體層134形成有柵電極133。在本實施方式中，第一歐姆電極131為源電極，第二歐姆電極132為漏電極。在圖I中示出的是第一歐姆電極131有兩條且第二歐姆電極132有三條的結(jié)構(gòu)，但第一歐姆電極131和第二歐姆電極132有幾條都可以。第一歐姆電極131和第二歐姆電極132由鈦(Ti)和鋁(Al)形成，與溝道歐姆接觸。在本實施方式中，第一歐姆電極131和第二歐姆電極132形成在到達比第二氮化物半導(dǎo)體層122和第一氮化物半導(dǎo)體層121之間的界面還靠近下側(cè)的位置的凹部內(nèi)，以降低接觸電阻。第一歐姆電極131和第二歐姆電極132的最厚部分的膜厚為250nm左右，寬度為數(shù)ym左右。雖然若讓寬度較大就能夠降低歐姆電極的布線電阻，但是因為溝道區(qū)域在芯片面積中所占的比率會下降，所以不優(yōu)選該方法。因為溝道區(qū)域越大，導(dǎo)通電阻就越小，能夠流動的電流量也越大，所以理想的是溝道區(qū)域較大。第一歐姆電極131和第二歐姆電極132也可以由鎳(Ni)、金(Au)或釩(V)等形成。利用剝離法則能夠很容易地形成第一歐姆電極131和第二歐姆電極132。P型第三氮化物半導(dǎo)體層134由摻雜有鎂(Mg)的GaN形成，其膜厚為200nm左右。柵電極133由鈀(Pd)和金(Au)形成，與P型第三氮化物半導(dǎo)體層134歐姆接觸。p型第三氮化物半導(dǎo)體層134和第二氮化物半導(dǎo)體層122形成PN結(jié)。由此，在施加于柵電極133上的電壓為OV時，在第二氮化物半導(dǎo)體層122和第一氮化物半導(dǎo)體層121中會出現(xiàn)從P型 第三氮化物半導(dǎo)體層134向襯底101 —側(cè)和第二歐姆電極132 —側(cè)擴大的耗盡層。因此，能夠使氮化物半導(dǎo)體裝置進行在施加于柵電極133上的電壓為OV時截斷流經(jīng)溝道的電流的常開(normally-off)式工作。在本實施方式中，為了調(diào)節(jié)閾值電壓，P型第三氮化物半導(dǎo)體層134和柵電極133形成在第二氮化物半導(dǎo)體層122的膜厚比其他部分薄的柵凹槽(gaterecess)部(未圖示)。柵電極133也可以由鎳(Ni)、鈦(Ti)、銀(Ag)或鉬(Pt)等形成。在本實施方式中，用P型第三氮化物半導(dǎo)體層134構(gòu)成了進行常開式工作的常開型半導(dǎo)體裝置，但也可以通過利用柵凹槽結(jié)構(gòu)等來實現(xiàn)常開型半導(dǎo)體裝置，還可以構(gòu)成為常關(guān)(normalIy-on)型半導(dǎo)體裝置。在氮化物半導(dǎo)體層疊層體102上，覆蓋第一歐姆電極131、第二歐姆電極132和柵電極133而形成有第一絕緣膜141，該第一絕緣膜141是膜厚為300nm左右的氮化硅膜(SiN膜)。第一絕緣膜141具有以下功能，即將氮化物半導(dǎo)體層疊層體102的表面穩(wěn)定化，并且減少水分從后述的第二絕緣膜142浸入氮化物半導(dǎo)體層疊層體102中的浸入量。第一絕緣膜141具有呈條狀的第一開口部和呈條狀的第二開口部，該第一開口部使第一歐姆電極131的上表面露出，該第二開口部使第二歐姆電極132的上表面露出。在第一絕緣膜141上形成有第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152。第一歐姆電極布線151在第一開口部與第一歐姆電極131連接，該第二歐姆電極布線152在第二開口部與第二歐姆電極132連接。第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152是鈦(Ti)和金(Au)的疊層膜，鈦(Ti)是用來提高第一歐姆電極布線151及第二歐姆電極布線152與第一歐姆電極131及第二歐姆電極132的緊密接合性的緊密接合層。使第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152的膜厚為5 μ m左右即可，優(yōu)選其寬度分別與第一歐姆電極131和第二歐姆電極132的寬度相等或較之更寬。覆蓋第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152而形成有第二絕緣膜142。在本實施方式中，第二絕緣膜142是第一膜142A和第二膜142B的疊層膜，該第一膜142A由SiN形成,其膜厚為400nm左右，該第二膜142B由聚苯并卩惡唑(PBO polybenzoxazole)形成，其膜厚為10 μ m左右。第一膜142A具有以下功能，即減少水分從第二膜142B浸入氮化物半導(dǎo)體層疊層體102中的浸入量，并提高使第二膜142B和位于下側(cè)的層之間的緊密接合性。在第二絕緣膜142上形成有作為電極墊的第一金屬層161、第二金屬層162和第三金屬層163。在本實施方式中，第一金屬層161和第二金屬層162形成在有緣區(qū)域102A上。第一金屬層161和第二金屬層162彼此留有間隔地配置,第一金屬層161和第二金屬層162的與柵電極133的延伸方向(柵極寬度方向)相交的邊彼此相向。第二絕緣膜142具有在第一金屬層161的下側(cè)使第一歐姆電極布線151的上表面露出的第三開口部。填埋第三開口部而形成有與第一金屬層161成為一體的第一過孔165,第一金屬層161和第一歐姆電極布線151通過第一過孔165相連接。在第二絕緣膜142中，也形成有在第二金屬層162的下側(cè)使第二歐姆電極布線152的上表面露出的第二開口部。填塞第二開口部而形成有與第二金屬層162成為一體的第二過孔166 ,第二金屬層162和第二歐姆電極布線152通過第二過孔166相連接。使第一金屬層161、第二金屬層162和第三金屬層163為鈦(Ti)、銅(Cu)和鎳(Ni)的疊層膜即可。為了將表面電阻抑制到較低的值，優(yōu)選使銅(Cu)膜的厚度為5μπι左右。通過作為最上層設(shè)置鎳(Ni)膜，則第一金屬層161、第二金屬層162及第三金屬層163與鋁線或鋁帶等的緊密接合性就會提高，因而能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性較高的半導(dǎo)體裝置。優(yōu)選使鎳(Ni)膜的膜厚為Iym左右。也可以使用銀(Ag)來代替鎳(Ni)。當使用由金(Au)或銅(Cu)等形成的金屬線、金屬帶或金屬片(clip)等時，也可以使最表面層為金(Au)層。在本實施方式中，第三金屬層163形成在有緣區(qū)域102A上靠近第一金屬層161 —側(cè)的區(qū)域。通過構(gòu)成為上述結(jié)構(gòu)，則能夠確保第三金屬層163和第二金屬層162之間的絕緣擊穿電壓較高，并能夠縮小半導(dǎo)體裝置的尺寸。第三金屬層163通過第三過孔167與形成在元件隔離區(qū)域102B上的柵電極布線153連接。柵電極布線153旁路有緣區(qū)域102A的外周配置，與柵電極133連接。在本實施方式中，因為第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152并不是設(shè)置到元件隔離區(qū)域102B上并束在一起的，所以柵電極布線153不會橫跨第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152。當形成有多個有緣區(qū)域時，可以將柵電極布線形成為多條柵電極在位于多個有緣區(qū)域之間的元件隔離區(qū)域上束在一起。在有緣區(qū)域102A上形成第一金屬層161和第二金屬層162的情況下,第一歐姆電極131的一部分位于第二金屬層162的下側(cè)，第二歐姆電極132的一部分位于第一金屬層161的下側(cè)。假如不形成第一歐姆電極布線151而用過孔使第一金屬層161和第一歐姆電極131直接連接，則與過孔接觸的就僅有第一歐姆電極131的形成在第一金屬層161下側(cè)的部分而已。因為第一歐姆電極131膜厚較薄、寬度較窄，所以其布線電阻較高。因此，在第一歐姆電極131的形成在第二金屬層162下側(cè)的部分，不能忽視第一金屬層161和第一歐姆電極131之間的電阻。第二金屬層162和第二歐姆電極132之間也存在同樣的問題。第一歐姆電極131和第二歐姆電極132 —般利用剝離法形成，因而難以通過使膜厚變厚而降低布線電阻。第一歐姆電極131和第二歐姆電極132的寬度受到器件尺寸的限制，因而也難以通過使寬度變寬來降低布線電阻。在本實施方式中的半導(dǎo)體裝置中，覆蓋第一歐姆電極131的上表面而形成有第一歐姆電極布線151，覆蓋第二歐姆電極132的上表面而形成有第二歐姆電極布線152。因為第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152的膜厚能夠設(shè)定為比第一歐姆電極131和第二歐姆電極132厚的值，所以能夠很容易地降低布線電阻。因此，即使僅有第一歐姆電極布線151的位于第一金屬層161下側(cè)的部分與過孔連接，也能夠?qū)⒌谝唤饘賹?61和第一歐姆電極131之間的電阻抑制到較小的值。第二金屬層162和第二歐姆電極132之間的情況也一樣。與第一金屬層及第二金屬層不通過第一歐姆電極布線及第二歐姆電極布線而與第一歐姆電極及第二歐姆電極直接連接的情況相比，本實施方式中的半導(dǎo)體裝置能夠?qū)⒉季€電阻大約減到一半。若要有效地抑制布線電阻，就讓第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152在與柵極寬度方向相交的方向上的剖面面積比第一歐姆電極131和第二歐姆電極132大即可。通過利用鍍金屬法形成第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152，則能夠很容易地使第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152的膜厚較厚。優(yōu)選第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152由電阻盡可能小的材料形成，由例如金(Au)或銅(Cu)或者這些金屬的合金等形成即可。第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152也可以由鋁(Al)、鎳(Ni)或鈦(Ti)或者這些金屬的合金等形成。為了提高第一歐姆電極布線151及第二歐姆電極布線152與第一歐姆電極131及第二歐姆電極132的緊密接合性，也可以使第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152為疊層膜。在該情況下，用鈦(Ti)或鉭(Ta)或者這些金屬的氮化物等作為緊密接合層即位于下側(cè)的層即可?！?br> 圖I顯示第一歐姆電極布線151形成為覆蓋柵電極133的上表面的例子。通過將第一歐姆電極布線151構(gòu)成為突出到比柵電極133還靠近第二歐姆電極132 —側(cè)的位置上，則不但能夠使第一歐姆電極布線151的剖面面積較大，而且能夠使第一歐姆電極布線151起到場板(field plate)的作用。再加上，第一金屬層161和第二金屬層162形成在有緣區(qū)域102A上。由此，在半導(dǎo)體裝置截止的狀態(tài)下，能夠緩和在柵電極133的端部和第一歐姆電極布線151所構(gòu)成的場板的端部會出現(xiàn)的電場集中現(xiàn)象。因此，與不是墊上元件(POE Pad On Element)結(jié)構(gòu)的情況相比能夠抑制電流崩塌現(xiàn)象。在本實施方式中，將第二絕緣膜142構(gòu)成為由SiN形成的第一膜142A和由PBO形成的第二膜142B所構(gòu)成的疊層膜。因為PBO膜等有機膜能夠利用旋涂法形成，所以能夠很容易地將該膜填入凹部內(nèi)，因而能夠很容易地將第二絕緣膜142的上表面平坦化。通過將第二絕緣膜142的上表面平坦化，則能夠使形成在第二絕緣膜142上的作為電極墊的金屬層平坦。通過使電極墊平坦，則電極墊面和金屬線的接觸面積就會增大，所以能夠降低布線電阻，也能夠提聞線焊工序的廣品合格率。PBO與金(Au)的緊密接合性較差。因此，為了使最上層為金(Au)層的第一歐姆電極布線151及第二歐姆電極布線152與第二絕緣膜142的緊密接合性提高，在第二膜142B與第一歐姆電極布線151及第二歐姆電極布線152之間設(shè)置有由SiN形成的第一膜142A。雖然也可以用SiO2膜等作為第一膜142A，但SiN膜的防水性較高，因而在使用SiN膜時能夠得到抑制水分滲進位于下側(cè)的層中的效果。第一膜142A利用例如等離子體化學(xué)氣相沉積(等離子體CVD)法等形成即可。優(yōu)選用來使第一金屬層161和第一歐姆電極布線151相連接的第三開口部、以及用來使第二金屬層162和第二歐姆電極布線152相連接的第四開口部具有下述形狀，即該第三開口部和該第四開口部在第二膜142B下端部的寬度比該第三開口部和該第四開口部在第一膜142A上端部的寬度寬。這么一來，第一過孔165和第二過孔166在第二膜142B下端部的面積比第一過孔165和第二過孔166在第一膜142A上端部的面積大。通過構(gòu)成為上述結(jié)構(gòu)，則與金(Au)的緊密接合性較差的第二膜142B就不會與第一歐姆電極布線151及第二歐姆電極布線152的上表面直接接觸，能夠抑制第二絕緣膜142的剝離現(xiàn)象等的發(fā)生。在第一膜142A上形成的開口部通過干蝕刻形成即可。當由光敏樹脂形成第二膜142B時，在第二膜142B上形成的開口部通過光刻形成即可。在第二膜142B上形成的開口部也可以通過用SiO2膜等作為硬掩膜的干蝕刻形成。第二膜142B也可以是由聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧類光敏樹脂(例如化藥MicroChem株式會社制造的SU-8)或氟類光敏樹脂(例如旭硝子株式會社制造的AL-X2)等形成的有機膜，來代替PBO膜。但是，當使用聚酰亞胺等具有吸濕性的材料時，第二膜142B有可能吸濕而膨脹，使得在第二膜142B上會產(chǎn)生龜裂，或者水分會滲進位于下側(cè)的層中，因而優(yōu)選在第二膜142B上進一步形成具有防水性的第三膜。當使用AL-X2等與金(Au)的緊密接合性較優(yōu)良的材料時，可以省略第一膜142A。當用鈦(Ti)或銅(Cu)等與有機膜比較容易緊密接合的材料形成第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152的最上層時，也可以省略第一膜142A。
也可以用玻璃材料形成第二膜142B。在該情況下，優(yōu)選材料中含有磷。這么一來，能夠緩和第二絕緣膜142的膜應(yīng)力，來抑制膜剝離現(xiàn)象的發(fā)生。因為利用磷的吸雜效應(yīng)，還能夠得到防止堿性雜質(zhì)侵入有緣區(qū)域102A內(nèi)的效果，所以能夠提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。在本實施方式中，使第三金屬層163的面積比第一金屬層161和第二金屬層162小。這是因為不需要向柵電極施加高電壓，因而在第三金屬層163上連接較細的金屬線之故。第三金屬層163形成在靠近第一金屬層161的位置上，這是因為向作為漏電極墊的第二金屬層162施加更高的電壓之故。但是，只要能夠確保所需要的絕緣擊穿電壓值，第三金屬層163的位置就并不受特別的限制。當將第一金屬層161與第二金屬層162的最小間距、和第三金屬層163與第二金屬層162的最小間距設(shè)為SI，并將對整個半導(dǎo)體裝置進行密封的樹脂密封體的絕緣擊穿電壓設(shè)為Al時，使SI乘Al的積大于所需要的絕緣擊穿電壓值即可。若要確保絕緣擊穿電壓，則不僅是作為電極墊的金屬層之間的間隔很重要，第一歐姆電極布線151與第二歐姆電極布線152之間的間隔、第一歐姆電極布線151與第二金屬層162之間的間隔、以及第二歐姆電極布線152與第一金屬層161之間的間隔也很重要。當將這些間隔中最窄的設(shè)為S2，并將第二絕緣膜142的絕緣擊穿電壓設(shè)為A2時，使S2乘A2的積大于所需要的絕緣擊穿電壓值即可。例如，PBO的絕緣擊穿電壓為250V/μ m。因此，當所需要的絕緣擊穿電壓為600V時，使最小間隔SI在2. 4μπι以上即可；當所需要的絕緣擊穿電壓為1000V時，使最小間隔SI在4μπι以上即可。在本實施方式中設(shè)計為S1為5μπι。在本實施方式中示出下述半導(dǎo)體裝置的例子，即在該半導(dǎo)體裝置的襯底101的與氮化物半導(dǎo)體層疊層體102相反一側(cè)的面(背面)上形成有由例如金(Au)、錫(Sn)、鉻(Cr)或鎳(Ni)或者這些金屬的合金等形成的背面電極164。通過形成背面電極164，則能夠從外部向襯底101賦予電位。也可以使背面電極164和第一歐姆電極131電連接。在該情況下，可以用背面電極164作為源電極墊。當使背面電極164和第一歐姆電極131連接時，可以使用貫通過孔。背面電極164利用例如濺射法或蒸鍍法等形成即可。在本實施方式中的半導(dǎo)體裝置中，使第一金屬層161和第一歐姆電極布線151相連接的第一過孔165有多個，多個該第一過孔165形成在有緣區(qū)域102Α上。使第二金屬層162和第二歐姆電極布線152相連接的第二過孔166的情況也一樣。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)保護有緣區(qū)域免受線焊時的壓力損壞的效果。但是，使第一金屬層161及第一歐姆電極布線151相連接的第一過孔165、和使第二金屬層162及第二歐姆電極布線152相連接的第二過孔166也可以形成在元件隔離區(qū)域102B上。如圖4所示，在該情況下，在元件隔離區(qū)域102B形成使第一歐姆電極布線151相連接的布線155,并以第一過孔165使布線155和第一金屬層161相連接即可；在從有緣區(qū)域102A來看與布線155相反一側(cè)的位置上形成使第二歐姆電極布線152相連接的布線156，并以第二過孔166使布線156和第二金屬層162相連接即可。在本實施方式中說明的是單柵型半導(dǎo)體裝置，但在能夠應(yīng)用于直交流轉(zhuǎn)換器或矩陣交-交轉(zhuǎn)換器等的雙柵型半導(dǎo)體裝置中也可以構(gòu)成同樣的結(jié)構(gòu)。圖5和圖6顯示雙柵型半導(dǎo)體裝置的例子，圖5顯示平面結(jié)構(gòu)，圖6顯示沿圖5中的VI-VI線的剖面結(jié)構(gòu)。在雙柵型半導(dǎo)體裝置中，第一柵電極133A和第二柵電極133B從第一歐姆電極131 一側(cè)依次形成在第一歐姆電極131和第二歐姆電極132之間。圖6顯示的是在P型第三氮化物半導(dǎo)體層134上分別形成第一柵電極133A和第二柵電極133B以構(gòu)成常開型半導(dǎo)體裝置的例子，但也可以通過利用柵凹槽結(jié)構(gòu)等來實現(xiàn)常開型半導(dǎo)體裝置，還可以構(gòu)成為常關(guān)型半導(dǎo)體裝置。通過向第一柵電極133A和第二柵電極133B施加規(guī)定的偏壓，則既能夠使該半導(dǎo)體裝置進行雙向開關(guān)的工作，又能夠使該半導(dǎo)體裝置進行二極管的工作。例如，通過以第一歐姆電極131為基準向第一柵電極133A施加第一柵電極133A的閾值電壓以上的電壓，并以第二歐姆電極132為基準向第二柵電極133B施加第二柵電極133B的閾值電壓以上的電壓，則能夠使半導(dǎo)體裝置進行雙向通電工作，即電流會在第一歐姆電極131和第二歐姆電極132之間雙向地流動的工作。另一方面，通過使向第一柵電極133A和第二柵電極133B施加的偏壓分別成為各個柵電極的閾值電壓以下的電壓，則能夠使半導(dǎo)體裝置進行雙向截斷工作，即電流在第一歐姆電極131和第二歐姆電極132之間在雙向中的任一方向上都不會流動的工作。通過向第一柵電極133A施加閾值電壓以上的電壓，并向第二柵電極133B施加閾值電壓以下的電壓，則能夠使半導(dǎo)體裝置進行下述二極管工作，即電流不會從第一歐姆電極131流向第二歐姆電極132、并且會從第二歐姆電極132流向第一歐姆電極131的二極管工作。通過向第一柵電極133A施加閾值電壓以下的電壓，并向第二柵電極133B施加閾值電壓以上的電壓，則能夠使半導(dǎo)體裝置進行下述二極管工作，即電流會從第一歐姆電極131流向第二歐姆電極132、并且不會從第二歐姆電極132流向第一歐姆電極131的二極管工作。圖5顯示的是下述例子，即第一歐姆電極布線151擴大到比第一柵電極133A還靠近第二柵電極133B—側(cè)的位置上，并且第二歐姆電極布線152擴大到比第二柵電極133B還靠近第一柵電極133A —側(cè)的位置上。通過構(gòu)成為下述結(jié)構(gòu)，第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152就分別發(fā)揮場板的作用。并且，能夠用第一歐姆電極布線151和第二歐姆電極布線152對產(chǎn)生在第一柵電極133A和第二柵電極133B之間的一部分電力線進行切斷。由此，能夠降低第一柵電極133A和第二柵電極133B之間的寄生電阻Cgg，能夠抑制柵極噪音。如圖5所示，通過將使第一柵電極133A相連接的第一柵電極布線153A和使第二柵電極133B相連接的第二柵電極布線153B形成在夾著有緣區(qū)域102A相向的兩側(cè)，則能夠很容易地形成布線。優(yōu)選將第三金屬層163A形成在第一金屬層161 —側(cè)，并將第四金屬層163B形成在第二金屬層162 —側(cè)。如圖7所示，在肖特基二極管中也能夠構(gòu)成同樣的結(jié)構(gòu)。在該情況下，設(shè)置與2DEG歐姆接觸且作為陰極電極的第一電極231和與2DEG肖特基接觸且作為陽極電極的第二電極232即可。使第一電極231通過第一電極布線251與第一金屬層261連接,并使第二電極232通過第二電極布線252與第二金屬層262連接即可。在圖7中顯示的是在有緣區(qū)域102A上形成使第一金屬層261與第一電極布線251相連接的第一過孔265以及使第二金屬層262與第二電極布線252相連接的第二過孔266的例子。然而，也可以是這樣的，即在元件隔離區(qū)域102B形成使第一電極布線251相連接
的布線和使第二電極布線252相連接的布線，并在元件隔離區(qū)域102B上形成使作為電極墊的金屬層和布線相連接的過孔。使第一電極231為鈦(Ti)和鎳(Ni)的疊層體等即可，使第二電極232為鈀(Pd)和金(Au)的合金等即可。-產(chǎn)業(yè)實用性-本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置，能夠解決在活性層上形成電極墊時會出現(xiàn)的問題，抑制導(dǎo)通電阻的上升，因而作為包括電源電路用功率器件等在內(nèi)的氮化物半導(dǎo)體裝
置很有用。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述氮化物半導(dǎo)體裝置包括 氮化物半導(dǎo)體層疊層體，其形成在襯底上，并具有由元件隔離區(qū)域包圍的有緣區(qū)域；呈指狀的第一電極和呈指狀的第二電極，該第一電極和該第二電極彼此留有間隔地形成在所述有緣區(qū)域上； 第一絕緣膜，其覆蓋所述第一電極和所述第二電極，并具有使所述第一電極的上表面露出的第一開口部和使所述第二電極的上表面露出的第二開口部； 第一電極布線，其形成在所述第一電極上，并在所述第一開口部與所述第一電極接觸； 第二電極布線，其形成在所述第二電極上，并在所述第二開口部與所述第二電極接觸； 第二絕緣膜，其覆蓋所述第一電極布線和所述第二電極布線；以及 第一金屬層，隔著所述第二絕緣膜形成在所述有緣區(qū)域上，并與所述第一電極布線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述氮化物半導(dǎo)體裝置還包括與所述第一金屬層彼此留有間隔地形成在所述第二絕緣膜上的第二金屬層， 所述第二金屬層形成在所述有緣區(qū)域上，并與所述第二電極布線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述氮化物半導(dǎo)體裝置還包括 第一過孔，其使所述第一金屬層和所述第一電極布線相連接；和 第二過孔，其使所述第二金屬層和所述第二電極布線相連接， 所述第一過孔和所述第二過孔形成在所述有緣區(qū)域上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述第二絕緣膜具有第一膜和第二膜，該第一膜為氮化硅膜或氧化硅膜，該第二膜形成在該第一膜上且為有機絕緣膜， 所述第一過孔和所述第二過孔的開口部在所述第二膜下端部的開口部面積比該開口部在所述第一膜上端部的開口部面積大。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述氮化物半導(dǎo)體裝置還包括 第一過孔，其使所述第一金屬層和所述第一電極布線相連接；和 第二過孔，其使所述第二金屬層和所述第二電極布線相連接， 所述第一過孔和所述第二過孔形成在所述元件隔離區(qū)域上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述第二絕緣膜具有第一膜和第二膜，該第一膜為氮化硅膜或氧化硅膜，該第二膜形成在該第一膜上且為有機絕緣膜， 所述第一過孔和所述第二過孔的開口部在所述第二膜下端部的開口部面積比該開口部在所述第一膜上端部的開口部面積大。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于在所述第一電極布線與所述第二電極布線之間的最短距離、所述第一電極布線與所述第二金屬層之間的最短距離以及所述第二電極布線與所述第一金屬層之間的最短距離中最短的距離乘以所述第二絕緣膜的絕緣擊穿電壓的積在600V以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述第一電極為陰極電極， 所述第二電極為陽極電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述氮化物半導(dǎo)體裝置還包括 呈指狀的第一柵電極，其形成在所述第一電極和所述第二電極之間；和第三金屬層，其與所述第一金屬層及所述第二金屬層彼此留有間隔地形成在所述第二絕緣膜上，并且與所述第一柵電極連接， 所述第三金屬層和所述第二金屬層之間的間隔在所述第三金屬層和所述第一金屬層之間的間隔以上， 所述第一電極為源電極， 所述第二電極為漏電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 在垂直于所述襯底且垂直地橫切所述第一電極布線和所述第二電極布線的剖面上，所述第一電極布線的位于所述第二電極一側(cè)的端部位于比所述第一柵電極還靠近所述第二電極一側(cè)的位置上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述氮化物半導(dǎo)體裝置還包括形成在所述第一柵電極和所述氮化物半導(dǎo)體層疊層體之間的P型氮化物半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述氮化物半導(dǎo)體裝置還包括 呈指狀的第一柵電極和呈指狀的第二柵電極，該第一柵電極和該第二柵電極從所述第一電極一側(cè)依次形成在所述第一電極和所述第二電極之間；以及 第三金屬層和第四金屬層，該第三金屬層與所述第一金屬層及所述第二金屬層彼此留有間隔地形成在所述第二絕緣膜上，并且與所述第一柵電極連接，該第四金屬層與所述第一金屬層及所述第二金屬層彼此留有間隔地形成在所述第二絕緣膜上，并且與所述第二柵電極連接， 所述第三金屬層和所述第二金屬層之間的間隔在所述第三金屬層和所述第一金屬層之間的間隔以上， 所述第一電極為第一歐姆電極， 所述第二電極為第二歐姆電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 在垂直于所述襯底且垂直地橫切所述第一電極布線和所述第二電極布線的剖面上，所述第一電極布線的位于所述第二電極一側(cè)的端部位于比所述第一柵電極還靠近所述第二電極一側(cè)且比所述第二柵電極還靠近所述第一柵電極一側(cè)的位置上， 所述第二電極布線的位于所述第一電極一側(cè)的端部位于比所述第二柵電極還靠近所述第一電極一側(cè)且比所述第一柵電極還靠近所述第二柵電極一側(cè)的位置上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 所述氮化物半導(dǎo)體裝置還包括分別形成在所述第一柵電極及所述第二柵電極與所述氮化物半導(dǎo)體層疊層體之間的P型氮化物半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮化物半導(dǎo)體裝置。氮化物半導(dǎo)體裝置包括具有有緣區(qū)域(102A)的氮化物半導(dǎo)體層疊層體(102)、和呈指狀的第一電極(131)及呈指狀的第二電極(132)，該第一電極(131)和該第二電極(132)彼此留有間隔地形成在有緣區(qū)域(102A)上。在第一電極(131)上形成有與該第一電極(131)接觸的第一電極布線(151)，在第二電極(132)上形成有與該第二電極(132)接觸的第二電極布線(152)。形成有覆蓋第一電極布線(151)和第二電極布線(152)的第二絕緣膜，在第二絕緣膜上形成有第一金屬層(161)。第一金屬層(161)隔著第二絕緣膜形成在有緣區(qū)域(102A)上，并與第一電極布線(151)連接。
文檔編號H01L21/28GK102959686SQ20118003005
公開日2013年3月6日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者海原一裕, 石田秀俊, 上田哲三 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社