JP2008042184A - Semiconductor device for high frequency - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば高周波で用いられる電界効果トランジスタなどの高周波用半導体装置に関する。 The present invention relates to a high-frequency semiconductor device such as a field effect transistor used at high frequency.
近年、インバータ回路やスイッチング素子の高機能化に伴い、電界効果トランジスタ(以下Field Effect Transistor:FETと記す)において、さらなる高周波特性、信頼性の向上が要求されている。 2. Description of the Related Art In recent years, with higher functionality of inverter circuits and switching elements, field effect transistors (hereinafter referred to as field effect transistors: FETs) are required to further improve high frequency characteristics and reliability.
そのため、例えば、マルチフィンガー型のFETが用いられる。マルチフィンガー型のFETにおいて、複数のゲート電極が動作領域を横切るように形成される。複数のゲート電極は、動作領域と平行に形成されるゲート配線と接続される。また、ソース電極/ドレイン電極は、動作領域上にゲート電極を挟んで交互に形成される。そして、それぞれソース/ドレイン配線によりボンディングパッドと接続される。このとき、ゲート配線とソース/ドレイン配線が交差してしまうが、これらを絶縁するために、ゲート配線上にSiNなどのパシベーション膜が形成される。 Therefore, for example, a multi-finger type FET is used. In a multi-finger type FET, a plurality of gate electrodes are formed so as to cross the operation region. The plurality of gate electrodes are connected to a gate wiring formed in parallel with the operation region. The source / drain electrodes are alternately formed on the operation region with the gate electrode interposed therebetween. Each is connected to a bonding pad by source / drain wiring. At this time, the gate wiring and the source / drain wiring cross each other. In order to insulate them, a passivation film such as SiN is formed on the gate wiring.
しかしながら、このように、誘電率の高いSiNなどのパシベーション膜上に、直接配線を形成することにより、浮遊容量が発生する。特に高周波領域において無視できなくなる。そこで、この浮遊容量を低減するために、空隙を介して上層配線を形成するエアブリッジ構造が用いられている(例えば特許文献1、2参照)。
However, the stray capacitance is generated by directly forming the wiring on the passivation film such as SiN having a high dielectric constant. In particular, it cannot be ignored in the high frequency region. Therefore, in order to reduce the stray capacitance, an air bridge structure is used in which an upper layer wiring is formed through a gap (see, for example,
このようなエアブリッジ構造におけるソース/ドレイン電極は、動作領域上に例えばPt/AuGeなどのオーミックコンタクトと、例えばAu/Pt/Tiなどのメタル層が順次積層されて形成される。そして、これらメタル層上全面とソース/ドレインボンディングパッドが形成される領域、及びこれらを接続する領域に、例えばAuの単層メッキ層が形成され、エアブリッジなどが形成される。 The source / drain electrodes in such an air bridge structure are formed by sequentially laminating an ohmic contact such as Pt / AuGe and a metal layer such as Au / Pt / Ti on the operation region. Then, an Au single-layer plating layer, for example, is formed on the entire surface of the metal layer, the region where the source / drain bonding pads are formed, and the region connecting them, and an air bridge is formed.
エアブリッジを構成するAuは、GaAs基板など化合物半導体基板より熱膨張率が大きい。従って、メッキ形成温度(例えば60℃)から、通電温度(例えば加速評価条件の225℃)や、非通電時の温度(例えば常温25℃)のように温度が変動することにより、エアブリッジにおいて、熱膨張、熱収縮が生じる。そして、このような熱膨張、熱収縮により、動作領域に圧縮応力、引張り応力といった大きな内部応力が発生する。そのため、出力特性が劣化するなどの不具合が生じ、良好な信頼性を得ることが困難であるという問題がある。
本発明は、出力特性劣化などの不具合の発生を抑え、良好な信頼性を得ることが可能な高周波用半導体装置を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a high-frequency semiconductor device capable of suppressing the occurrence of defects such as output characteristic deterioration and obtaining good reliability.
本発明の一態様によれば、化合物半導体基板に形成される動作領域と、動作領域上に形成されるゲート電極と、動作領域上にゲート電極を挟んで交互に形成されるソース電極及びドレイン電極と、外部回路と接続されるためのボンディングパッドと、一方の端部がソース電極又はドレイン電極と動作領域外上で接続され、他方の端部がボンディングパッドと接続されるエアブリッジを備えることを特徴とする高周波用半導体装置が提供される。 According to one embodiment of the present invention, an operation region formed on a compound semiconductor substrate, a gate electrode formed on the operation region, and a source electrode and a drain electrode formed alternately on the operation region with the gate electrode interposed therebetween A bonding pad for connection to an external circuit, and an air bridge having one end connected to the source or drain electrode outside the operating region and the other end connected to the bonding pad. A high-frequency semiconductor device is provided.
本発明の一実施態様によれば、高周波用半導体装置において、出力特性劣化などの不具合の発生を抑え、良好な信頼性を得ることが可能となる。 According to one embodiment of the present invention, in a high-frequency semiconductor device, it is possible to suppress the occurrence of problems such as deterioration of output characteristics and to obtain good reliability.
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に本実施形態の高周波用半導体装置であるマルチフィンガー型のFET素子の平面図を、図2にそのA−A’断面図を示す。図に示すように、化合物半導体基板11に動作領域12が形成され、この動作領域12上に、複数のゲート電極13が形成されている。そして、動作領域12上を含む領域に、ゲート電極13を挟んで交互にそれぞれ複数のソース電極14、ドレイン電極15が形成されている。ソース電極14、ドレイン電極15は、例えばPt/AuGeなどのオーミックコンタクトと、例えばAu/Pt/Tiなどのメタル層が順次積層されて構成されている。ゲート電極13は、ゲート配線16を介して、外部にボンディングされ、信号を入出力するためのゲートパッド17に接続されている。
FIG. 1 is a plan view of a multi-finger type FET element which is a high-frequency semiconductor device of the present embodiment, and FIG. As shown in the figure, an
そして、各ゲートパッド17を挟むように、ソースパッド18が形成され、ゲートパッド17、ソースパッド18と、動作領域を挟んで反対側にドレインパッド19が形成されている。さらに、ゲート配線16或いはSiN層などのパシベーション膜(図示せず)と接することなく、ソース電極14とソースパッド18、ドレイン電極15とドレインパッド19を接続するエアブリッジ20が形成されている。エアブリッジ20は、例えば単層金メッキ層より形成されている。このエアブリッジ20の終端20aは、動作領域12の端部12a上に近接するように設けられる。エアブリッジ20において、ソース電極14及び/又はドレイン電極15との接続部20bは、動作領域12上外に配置されている。
A
このような構造により、エアブリッジ20において、温度の変動により基板との熱膨張率の差による熱膨張、熱収縮が生じた場合でも、動作領域12における圧縮応力、引張り応力といった大きな内部応力の発生が抑えられる。従って、出力特性が劣化するなどの不具合を抑えることができ、良好な信頼性を得ることが可能となる。
With such a structure, in the
本実施形態において、エアブリッジ20の終端20aは、動作領域12の端部12a上に近接するように形成されているが、必ずしも一致する必要はない。図3に断面図を示すように、距離d離間していてもよい。これは、エアブリッジ20と、動作領域12が重ならないように、位置合せ精度を考慮するためであり、d≦0.2μm程度であればよい。合せずれにより動作領域12と重なることによる不具合を抑えることができる。しかしながら、チップサイズの増大につながることから、できるだけ近接していることが好ましい。
In the present embodiment, the
また、図4に部分断面図を示すように、ソース電極14(ドレイン電極15)の端部と、エアブリッジ20の下面の端部20cとは、同一平面上に形成されていなくてもよい。さらに、エアブリッジ20と、ソース電極14との接続部の面積が、エアブリッジの幅方向における断面(B−B’断面)の面積より大きいことが好ましい。ドレイン電極15との接続部分においても同様である。接続抵抗と電界集中を抑え、過電流による配線の溶断を防ぐためである。
Further, as shown in the partial cross-sectional view in FIG. 4, the end portion of the source electrode 14 (drain electrode 15) and the
また、エアブリッジは一体で金メッキにより形成されることが好ましい。しかしながら、図5に断面図を示すように、ソース電極14との接続部分がスペーサとなる第1層20dと、空中部分を構成する第2層20eから構成されてもよい。ドレイン電極15、ソースパッド18、ドレインパッド19との接続部分においても同様である。また、ソースパッド18、ドレインパッド19全面が、エアブリッジと一体で形成されてもよい。
The air bridge is preferably formed integrally by gold plating. However, as shown in a cross-sectional view in FIG. 5, the connection portion with the
また、本実施形態において、ソース電極14、ドレイン電極15は、夫々動作領域12の形成されていない領域上まで突出するように形成されているが、必ずしも、両端が突出してなくてもよい。動作領域12外に接続領域を設けるために、図6に平面図を示すように、少なくとも夫々ソース電極、ドレイン電極と接続されるソースパッド18、ドレインパッド19側に突出していればよい。
Further, in the present embodiment, the
また、化合物半導体基板としては、GaAsを用いたが、これに限定されるものではなく、GaN、SiCなどの化合物半導体基板を用いることができる。エピタキシャルウェハを用いてもよい。また、各電極のオーミックコンタクトの下層に、イオン注入、高濃度エピタキシャル層の形成などにより、高濃度層を設けてもよい。 Further, although GaAs is used as the compound semiconductor substrate, the present invention is not limited to this, and a compound semiconductor substrate such as GaN or SiC can be used. An epitaxial wafer may be used. Further, a high concentration layer may be provided under the ohmic contact of each electrode by ion implantation, formation of a high concentration epitaxial layer, or the like.
このような構成は、HEMT(High Electron Mobility Transistor)の他、MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)や、MOSFET(Metal oxide、semiconductor field effect transistor)などのFETなどにおいて適用することが可能である。 Such a configuration can be applied to FETs such as HEMT (High Electron Mobility Transistor), MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor), and MOSFET (Metal oxide, semiconductor field effect transistor).
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. Various other modifications can be made without departing from the scope of the invention.
11…化合物半導体基板、12…動作領域、13…ゲート電極、14…ソース電極、15…ドレイン電極、16…ゲート配線、17…ゲートパッド、18…ソースパッド、19…ドレインパッド、20…エアブリッジ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記動作領域上に形成されるゲート電極と、
前記動作領域上に前記ゲート電極を挟んで交互に形成されるソース電極及びドレイン電極と、
外部回路と接続されるためのボンディングパッドと、
一方の端部が前記ソース電極又は前記ドレイン電極と前記動作領域外上で接続され、他方の端部が前記ボンディングパッドと接続されるエアブリッジを備えることを特徴とする高周波用半導体装置。 An operating region formed in the compound semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the operating region;
A source electrode and a drain electrode alternately formed on the operation region with the gate electrode interposed therebetween;
A bonding pad for connection to an external circuit;
A high-frequency semiconductor device comprising an air bridge having one end connected to the source electrode or the drain electrode outside the operating region and the other end connected to the bonding pad.
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---|---|---|---|---|
JP2010056388A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2012114330A (en) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Toshiba Corp | Power amplification device and coupled power amplification device |
JP2012142498A (en) * | 2011-01-05 | 2012-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | Wiring pattern |
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- 2007-07-11 JP JP2007181996A patent/JP2008042184A/en not_active Abandoned
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