場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
【專利摘要】得到一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管能夠有效地抑制由與高溫RF動(dòng)作時(shí)的本征載流子密度增大相伴的損耗增大所引起的RF特性變差。多個(gè)源極電極(6)及多個(gè)漏極電極(7)彼此交替地配置，與半導(dǎo)體襯底(1)的主面歐姆接合。多個(gè)柵極電極(8)分別配置在多個(gè)源極電極(6)和多個(gè)漏極電極(7)之間，與半導(dǎo)體襯底(1)的主面肖特基接合。多個(gè)漏極電極(7)分別具有彼此被分割開的第1及第2部分(7a、7b)。漏極電極(7)的第1及第2部分(7a、7b)的合計(jì)電極寬度比一根源極電極(6)的寬度窄。肖特基電極(13)配置在漏極電極(7)的第1部分(7a)和第2部分(7b)之間，與半導(dǎo)體襯底(1)的主面肖特基接合。
【專利說明】
場(chǎng)效應(yīng)晶體管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]采用在Si襯底之上生長有GaN類外延層的襯底而形成GaN HEMT(High ElectronMobility Transistor)設(shè)備。對(duì)于該GaN HEMT設(shè)備，由于高飽和電子速度和高絕緣破壞耐壓等優(yōu)異的材料物理性質(zhì)，與S1、GaAs類設(shè)備相比能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、高功率密度及高電壓動(dòng)作。由此，為了實(shí)現(xiàn)發(fā)信機(jī)的小型及輕量化、省電化，GaN HEMT設(shè)備作為下一代有前景的通信用高頻高輸出電子設(shè)備而受到期待。例如，在作為代表性應(yīng)用領(lǐng)域的移動(dòng)電話基站放大器的市場(chǎng)，當(dāng)前廣泛使用S1-LDMOS設(shè)備，但隨著通信頻率的高頻化、通信技術(shù)的發(fā)展，要求更高輸出及高效率動(dòng)作的設(shè)備，對(duì)GaN HEMT設(shè)備的期待上升。
[0003]在性能方面對(duì)GaNHEMT設(shè)備有所期待，但另一方面，為了在市場(chǎng)普及GaN HEMT設(shè)備，產(chǎn)品價(jià)格成為課題。雖然GaN HEMT設(shè)備已經(jīng)在各種市場(chǎng)領(lǐng)域開始普及，但在移動(dòng)電話基站放大器的市場(chǎng)，與已經(jīng)在市場(chǎng)廣泛普及的S1-LDMOS設(shè)備相比較，GaN HEMT設(shè)備的高價(jià)格被認(rèn)為是擴(kuò)大普及的障礙之一。
[0004]關(guān)于當(dāng)前的通信用途的GaNHEMT設(shè)備，大多采用在SiC襯底之上生長有GaN類外延層的襯底，SiC襯底遠(yuǎn)比Si襯底價(jià)格高，且襯底直徑小，因此產(chǎn)品時(shí)的價(jià)格必然會(huì)上升。
[0005]另一方面，與SiC襯底相比易于大口徑化且廉價(jià)的Si襯底也被用作GaNHEMT設(shè)備用襯底材料。對(duì)于采用Si襯底的GaN HEMT設(shè)備，期待能夠以接近S1-LDMOS設(shè)備的制造成本進(jìn)行生產(chǎn)，期待能夠克服上述產(chǎn)品價(jià)格的課題。
[0006]但是，對(duì)于襯底采用Si襯底的GaNHEMT設(shè)備，在設(shè)備的特性方面存在以下所述的問題。通常，在高頻高輸出電子設(shè)備中，為了在高頻獲得高的性能，作為襯底材料，優(yōu)選以降低寄生電容為目的而采用比電阻高的襯底材料，因此在采用Si襯底作為襯底的情況下，對(duì)于Si晶體的生長方法，相比于成為主流的CZ(丘克拉斯基，czochralski)法，采用通過FZ (懸浮區(qū)，F(xiàn)loating Zone)法制作的大于或等于1000 Ω.cm的高電阻襯底的情況較多，該FZ法易于實(shí)現(xiàn)高電阻化。實(shí)際上，采用大于或等于1000 Ω.cm的高電阻Si襯底而制作的GaNHEMT設(shè)備至少在作為移動(dòng)電話基站放大器而使用的目前的頻帶，能夠獲得不遜色于襯底采用SiC襯底而制作的GaN HEMT設(shè)備的電氣特性。
[0007]在這里，半導(dǎo)體表現(xiàn)出本征載流子密度隨著溫度上升而變高的材料特性，Si是與SiC相比帶隙狹窄的材料，因此Si的本征載流子密度比SiC高。并且，Si在室溫時(shí)的比電阻越高，則本征載流子密度的溫度依賴性越大。由于這樣的高電阻Si襯底的材料特性，對(duì)于襯底采用高電阻Si襯底的GaN HEMT設(shè)備來說，RF動(dòng)作時(shí)的溫度越高，由Si襯底的比電阻降低所引起的損耗越大，增益降低越顯著，因此存在輸出及效率降低的問題。
[0008]專利文獻(xiàn)I:日本特表2008-518462號(hào)公報(bào)
[0009]作為解決襯底采用Si襯底的GaN HEMT設(shè)備的高溫RF動(dòng)作時(shí)RF特性變差這一問題的方法，下述方法是有效的，即:擴(kuò)大作為自發(fā)熱源的柵極區(qū)域的間隔，即，所謂的擴(kuò)大柵極間距間隔；以及縮短漏極電極寬度而降低在漏極電極和襯底之間產(chǎn)生的寄生電容。具體地說，通過擴(kuò)大柵極間距間隔，由此，設(shè)備的熱阻降低，因此能夠抑制RF動(dòng)作時(shí)的溫度上升，能夠抑制本征載流子密度上升。通過縮短漏極電極寬度，從而能夠削減漏極電極面積，能夠減少在與襯底之間產(chǎn)生的寄生電容。綜上所述，如果能夠同時(shí)采取這兩者的對(duì)策，則能夠有效地對(duì)采用Si襯底的GaN HEMT設(shè)備的高溫RF動(dòng)作時(shí)的RF特性變差進(jìn)行抑制。
[0010]與此相對(duì)，提出了一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置構(gòu)成為，將漏極電極分割成大于或等于2個(gè)，分割后的漏極電極的合計(jì)寬度比源極電極的寬度細(xì)(例如參照專利文獻(xiàn)I的圖4)。由此，由于能夠不依賴于漏極電極寬度地設(shè)計(jì)柵極間距間隔，因此能夠抑制熱阻的上升。并且，即使擴(kuò)大柵極間距，也能夠通過將漏極電極分割成大于或等于2個(gè)而削減漏極電極面積，能夠避免寄生電容的增大，因此能夠?qū)Σ捎肧i襯底的GaN HEMT設(shè)備的高溫RF動(dòng)作時(shí)的RF特性變差進(jìn)行抑制。
[0011]但是，GaN HEMT設(shè)備在AlGaN/GaN異質(zhì)界面具有高濃度的2維電子氣層(2DEG)，被分割為大于或等于2個(gè)的漏極電極間的漏極區(qū)域的溝道層與襯底之間的寄生電容的影響變大。因而，僅通過單純地縮小漏極電極面積，降低寄生電容的效果有限。其結(jié)果，采用Si襯底的GaN HEMT設(shè)備的高溫RF動(dòng)作時(shí)的RF特性變差的抑制效果也是有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明就是為了解決上述這樣的課題而提出的，其目的在于得到一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管能夠有效地抑制由與高溫RF動(dòng)作時(shí)的本征載流子密度增大相伴的損耗增大所引起的RF特性變差。
[0013]本發(fā)明涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特征在于，具有:半導(dǎo)體襯底，其具有主面；多個(gè)源極電極及多個(gè)漏極電極，它們與所述半導(dǎo)體襯底的所述主面歐姆接合，所述多個(gè)源極電極及多個(gè)漏極電極彼此交替地配置;多個(gè)柵極電極，它們與所述半導(dǎo)體襯底的所述主面肖特基接合，所述多個(gè)柵極電極分別配置在所述多個(gè)源極電極和所述多個(gè)漏極電極之間；以及肖特基電極，其與所述半導(dǎo)體襯底的所述主面肖特基接合，所述多個(gè)漏極電極分別具有彼此被分割開的第I及第2部分，所述漏極電極的所述第I及第2部分的合計(jì)電極寬度比一根所述源極電極的寬度窄，所述肖特基電極配置在所述漏極電極的所述第I部分和所述第2部分之間。
[0014]發(fā)明的效果
[0015]在本發(fā)明中，肖特基電極配置在漏極電極的第I部分和第2部分之間，因此通過供給使肖特基電極正下方的2DEG溝道層完全地夾斷(耗盡)的負(fù)電壓，從而能夠有效地降低在漏極區(qū)域和半導(dǎo)體襯底之間產(chǎn)生的寄生電容。因而，能夠有效地抑制由與場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高溫RF動(dòng)作時(shí)的本征載流子密度增大相伴的損耗增大所引起的RF特性變差。
【附圖說明】
[0016]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖。
[0017]圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖視圖。
[0018]圖3是表不對(duì)比例涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖。
[0019]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的漏極區(qū)域的變形例I的剖視圖。
[0020]圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的漏極區(qū)域的變形例2的剖視圖。
[0021]圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖。
[0022]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖。
[0023]標(biāo)號(hào)的說明
[0024]I半導(dǎo)體襯底，2高電阻Si襯底，3GaN類緩沖層(GaN類外延層)，4GaN層(GaN類外延層)，5AlGaN層(GaN類外延層)，6源極電極，7漏極電極，7a第I部分，7b第2部分，8柵極電極，13肖特基電極，16、16a、16b電極層，18共用焊盤，19a第I電阻，19b第2電阻
【具體實(shí)施方式】
[0025]參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行說明。對(duì)相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，有時(shí)省略重復(fù)的說明。
[0026]實(shí)施方式1.
[0027]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖。
[0028]圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖視圖。半導(dǎo)體襯底I具有高電阻Si襯底2和在該高電阻Si襯底2之上依次生長的GaN類緩沖層3、GaN層4以及AlGaN層5。
[0029]多個(gè)源極電極6及多個(gè)漏極電極7與半導(dǎo)體襯底I的主面歐姆接合，上述多個(gè)源極電極6及多個(gè)漏極電極7彼此交替地配置。多個(gè)柵極電極8與半導(dǎo)體襯底I的主面肖特基接合，上述多個(gè)柵極電極8分別配置在多個(gè)源極電極6和多個(gè)漏極電極7之間。由此，呈梳子狀地形成有多個(gè)晶體管。在多個(gè)源極電極6、多個(gè)漏極電極7、多個(gè)柵極電極8分別電連接有源極焊盤9、漏極焊盤10、柵極焊盤11。
[0030]多個(gè)漏極電極7分別在漏極區(qū)域12具有彼此被分割開的第I及第2部分7a、7b。在相鄰的第I部分7a和第2部分7b之間不存在源極電極6、柵極電極8。雖然漏極電極7的寬度優(yōu)選細(xì)至極限以使在漏極電極7和半導(dǎo)體襯底I之間產(chǎn)生的寄生電容最小化，但漏極電極7的寬度是根據(jù)受下述條件約束的設(shè)計(jì)事項(xiàng)而決定的，即，由根據(jù)每個(gè)產(chǎn)品而不同的所希望的輸出電量而決定的漏極電極7的根數(shù)、長度、厚度、形成工藝等。其中，漏極電極7的第I及第2部分7a、7b的合計(jì)電極寬度比一根源極電極6的寬度窄。此外，如果漏極電極7的寬度的合計(jì)值在所希望的合計(jì)寬度的范圍內(nèi)，則漏極電極7的分割數(shù)也可以大于或等于3。
[0031]肖特基電極13與半導(dǎo)體襯底I的主面肖特基接合，該肖特基電極13配置在漏極區(qū)域12處的漏極電極7的第I部分7a和第2部分7b之間。肖特基電極13未與柵極電極8等電連接，而與用于能夠從外部進(jìn)行電壓控制的焊盤14電連接。并且，源極電極6、漏極電極7、柵極電極8、肖特基電極13、半導(dǎo)體襯底I的表面由絕緣膜15絕緣保護(hù)。
[0032]如上所述，在本實(shí)施方式中將漏極電極7分割而使漏極電極7的寬度比源極電極6的寬度窄。由此，由于能夠使漏極電極7的面積在設(shè)計(jì)約束事項(xiàng)的范圍內(nèi)進(jìn)行最小化，因此能夠降低在漏極電極7和半導(dǎo)體襯底I之間產(chǎn)生的寄生電容。另外，即便使漏極電極7的寬度變窄，但由于將漏極電極7進(jìn)行了分割，因此跨越漏極電極7(漏極區(qū)域)的柵極間距不變窄。因而，能夠靈活地設(shè)計(jì)用于得到所希望的熱阻的柵極間距而不依賴于漏極電極7的寬度。
[0033]下面，與對(duì)比例進(jìn)行比較而說明本實(shí)施方式的效果。圖3是表示對(duì)比例涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖。在對(duì)比例中不存在肖特基電極13。因此，被分割為大于或等于2個(gè)的漏極電極7間的漏極區(qū)域12的溝道層與襯底之間的寄生電容的影響變大。因而，僅通過單純地縮小漏極電極面積，降低寄生電容的效果有限。其結(jié)果，采用Si襯底的GaN HEMT設(shè)備的高溫RF動(dòng)作時(shí)的RF特性變差的抑制效果也是有限的。
[0034]另一方面，由于在本實(shí)施方式中將肖特基電極13配置在漏極電極7的第I部分7a和第2部分7b之間，因此通過供給使肖特基電極13正下方的2DEG溝道層完全地夾斷(耗盡)的負(fù)電壓，從而能夠有效地降低在漏極區(qū)域12和半導(dǎo)體襯底I之間產(chǎn)生的寄生電容。因而，能夠有效地抑制由與場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高溫RF動(dòng)作時(shí)的本征載流子密度增大相伴的損耗增大所引起的RF特性變差。尤其，針對(duì)采用下述襯底的GaN HEMT設(shè)備能夠得到更高的改善效果，該襯底是高溫時(shí)的本征載流子濃度比SiC襯底高的Si襯底，并且構(gòu)成為，在溫度依賴性變大的高電阻Si襯底之上生長有GaN類外延層。
[0035]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的漏極區(qū)域的變形例I的剖視圖。在漏極電極7之上設(shè)置的電極層16a、16b成為檐狀，即，伸出至漏極區(qū)域12內(nèi)側(cè)(中心方向)的肖特基電極13的上方。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的漏極區(qū)域的變形例2的剖視圖。在漏極電極7之上設(shè)置的電極層16成為不與半導(dǎo)體襯底I及肖特基電極13接觸而是中空地與第I及第2部分7a、7b連接的空氣橋構(gòu)造。另外，也可以在漏極電極7的長邊方向混合形成變形例1、2的結(jié)構(gòu)。
[0036]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠提高容易成為支配性設(shè)計(jì)約束的漏極區(qū)域12處的容許電流密度。在取決于容許電流密度的設(shè)計(jì)約束大的情況下，能夠使第I及第2部分7a、7b的電極寬度變得更小，能夠使在漏極區(qū)域12和半導(dǎo)體襯底I之間產(chǎn)生的寄生電容變得更小。
[0037]實(shí)施方式2.
[0038]圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖。肖特基電極13和多個(gè)柵極電極8經(jīng)由導(dǎo)體17電連接。由此，雖然與實(shí)施方式I相比，在漏極區(qū)域12和半導(dǎo)體襯底I之間產(chǎn)生的寄生電容的降低效果變小，但卻無需像實(shí)施方式I那樣利用其他電源電壓進(jìn)行肖特基電極13的電壓控制。由于在RF動(dòng)作時(shí)施加的針對(duì)柵極電極8的柵極電壓也施加于肖特基電極13，因此2DEG溝道層的電子濃度受到由耗盡層引起的調(diào)制，與未形成肖特基電極13的情況相比，能夠降低寄生電容。
[0039]實(shí)施方式3.
[0040]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖。共用焊盤18與肖特基電極13及多個(gè)柵極電極8電連接。第I電阻19a連接在共用焊盤18和多個(gè)柵極電極8之間。第2電阻19b連接在肖特基電極13和共用焊盤18之間。
[0041]利用該電阻19a、19b的電阻值，能夠相對(duì)于施加在共用焊盤18的電壓，任意地對(duì)施加在柵極電極8的柵極電壓和施加在肖特基電極13的電壓進(jìn)行控制。由此，雖然增加用于形成電阻19a、19b的工藝，但與實(shí)施方式2相比，能夠降低在漏極區(qū)域12和半導(dǎo)體襯底I之間產(chǎn)生的寄生電容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，具有: 半導(dǎo)體襯底，其具有主面； 多個(gè)源極電極及多個(gè)漏極電極，它們與所述半導(dǎo)體襯底的所述主面歐姆接合，所述多個(gè)源極電極及多個(gè)漏極電極彼此交替地配置； 多個(gè)柵極電極，它們與所述半導(dǎo)體襯底的所述主面肖特基接合，所述多個(gè)柵極電極分別配置在所述多個(gè)源極電極和所述多個(gè)漏極電極之間；以及肖特基電極，其與所述半導(dǎo)體襯底的所述主面肖特基接合， 所述多個(gè)漏極電極分別具有彼此被分割開的第I及第2部分， 所述漏極電極的所述第I及第2部分的合計(jì)電極寬度比一根所述源極電極的寬度窄， 所述肖特基電極配置在所述漏極電極的所述第I部分和所述第2部分之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于， 還具有焊盤，該焊盤與所述肖特基電極電連接， 所述肖特基電極未與所述多個(gè)柵極電極電連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于， 所述肖特基電極與所述多個(gè)柵極電極電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，還具有: 共用焊盤，其與所述多個(gè)柵極電極及所述肖特基電極電連接； 第I電阻，其連接在所述多個(gè)柵極電極和所述共用焊盤之間；以及 第2電阻，其連接在所述肖特基電極和所述共用焊盤之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于， 還具有電極層，該電極層設(shè)置在所述漏極電極之上，成為伸出至所述肖特基電極的上方的檐狀。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于， 還具有電極層，該電極層設(shè)置在所述漏極電極之上，成為不與所述半導(dǎo)體襯底及所述肖特基電極接觸而是中空地與所述第I及第2部分連接的空氣橋構(gòu)造。7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于， 所述半導(dǎo)體襯底具有Si襯底和在所述Si襯底之上生長的GaN類外延層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于， 所述GaN類外延層具有AlGaN/GaN HEMT構(gòu)造。
【文檔編號(hào)】H01L29/40GK106098757SQ201610281369
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日 公開號(hào)201610281369.3, CN 106098757 A, CN 106098757A, CN 201610281369, CN-A-106098757, CN106098757 A, CN106098757A, CN201610281369, CN201610281369.3
【發(fā)明人】野上洋一, 堀口健一, 東坂范雄, 渡邊伸介, 北野俊明
【申請(qǐng)人】三菱電機(jī)株式會(huì)社