JP2021077797A - 半導体装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマを用いたエッチングなどの製造工程におけるPIDを低減することができ、半導体装置の出荷前に配線を除去するプロセス工程を必要としない半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、チャネル層を形成する半導体材料層、半導体材料層上に形成された一対のソース/ドレイン電極、及び、一対のソース/ドレイン電極の間に配置されており、半導体材料層の上に形成されているゲート電極、を有しており、一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間は、抵抗素子を介して接続されている。【選択図】 図1

Description

本開示は、半導体装置および電子機器に関する。
ワイドギャップ半導体材料である窒化ガリウム(GaN)は、絶縁破壊電圧が高く、高温動作が可能であり、飽和ドリフト速度が高いなどといった特徴を有している。また、GaN系ヘテロ接合に形成される二次元電子ガス(2DEG)は、移動度が高くかつシート電子密度が高いという特徴がある。これらの特徴により、GaN系ヘテロFETは低抵抗、高速、高耐圧動作が可能であるため、パワーデバイスやRFデバイスなどへの適用が期待されている。
一般的なGaN系ヘテロFET(HFET)の場合、チャネル層を形成するGaN層の上にバリア層が配される。チャネル層との間で発生する分極によって2DEGを発生させるため、バリア層を形成する材料としてAl1-x-yGaxInyN(但し0≦x<1,0≦y<1)などが一般的に用いられる。良好な特性を実現できるように組成は適宜選択されるが、組成によっては、ゲート電極とバリア層との間に形成されるショットキー接合におけるリーク電流が高くなることが一般的に知られている。その場合、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を配置することによって、リーク電流を低減させることができる。
半導体装置の製造プロセスでは、プラズマを用いたエッチングなどの製造工程において、導体層配線にチャージされた電荷によってダメージを受けるPID(Plasma Induced Damage)と言われる現象が発生する。このため、低耐圧のキャパシタをゲート電極に接続し、低耐圧のキャパシタが絶縁破壊することによってチャージされた電荷を逃がすといったことが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2001−284579号公報
低耐圧のキャパシタが絶縁破壊することによってチャージされた電荷を逃がすといった半導体装置においては、半導体装置の出荷前にキャパシタを接続する配線を除去するなどといったこと必要となる。しかしながら、この場合には配線を除去するプロセス工程などが必要となるためコスト上昇の要因となる。
従って、本開示の目的は、プラズマを用いたエッチングなどの製造工程におけるPIDを低減することができ、半導体装置の出荷前に配線を除去するプロセス工程を必要としない半導体装置、及び、係る半導体装置を備えた電子機器を有することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係る半導体装置は、
チャネル層を形成する半導体材料層、
半導体材料層上に形成された一対のソース/ドレイン電極、及び、
一対のソース/ドレイン電極の間に配置されており、半導体材料層の上に形成されているゲート電極、
を有しており、
一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間は、抵抗素子を介して接続されている、
半導体装置である。
上記の目的を達成するための本発明に係る電子機器は、
チャネル層を形成する半導体材料層、
半導体材料層上に形成された一対のソース/ドレイン電極、及び、
一対のソース/ドレイン電極の間に配置されており、半導体材料層の上に形成されているゲート電極、
を有しており、
一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間は、抵抗素子を介して接続されている、
半導体装置を備えた電子機器である。
図1は、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部平面図である。 図2Aおよび図2Bは、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部断面図である。 図3Aは、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の高周波小信号シミュレーション用モデルである。図3Bは、シミュレーションによって得られた、抵抗素子の値とSパラメータとの関係を示すグラフである。 図4Aは、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の内部パラメータと抵抗素子との関係を調べるためのシミュレーション用モデルである。図4Bは、シミュレーションによって得られた、抵抗素子の値と抵抗素子の有無によるS12パラメータの差分(ΔS12)との関係を示すグラフである。 図5は、ΔS12が1dBよりも小さくなる抵抗値と、1/2ωCで定義した内部インピーダンスとの関係を示すグラフである。 図6は、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な一部平面図である。 図7は、図6に引き続き、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な一部平面図である。 図8は、図7に引き続き、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な一部平面図である。 図9は、図8に引き続き、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な一部平面図である。 図10は、図9に引き続き、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な一部平面図である。 図11は、図10に引き続き、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な一部平面図である。 図12は、図11に引き続き、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な一部平面図である。 図13は、図12に引き続き、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な一部平面図である。 図14は、本開示の第1の実施形態の第1変形例に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部平面図である。 図15Aおよび図15Bは、本開示の第1の実施形態の第2変形例に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部断面図である。 図16Aおよび図16Bは、本開示の第1の実施形態の第3変形例に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部断面図である。 図17は、本開示に係る半導体装置を用いた無線通信装置の構成を説明するための模式的な構成図である。 図18は、車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 図19は、車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、図面を参照して、実施形態に基づいて本開示を説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値や材料は例示である。以下の説明において、同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示に係る、半導体装置および半導体装置の製造方法、並びに電子機器、全般に関する説明
2.第1の実施形態
3.第1変形例
4.第2変形例
5.第3変形例
6.電子機器の説明
7.応用例
8.その他
[本開示に係る、半導体装置および半導体装置の製造方法、並びに電子機器、全般に関する説明]
以下の説明において、本開示に係る半導体装置、本開示に係る半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置、及び、本開示に係る電子機器が備える半導体装置を、単に、[本開示の半導体装置]と呼ぶ場合がある。
上述したように、本開示の半導体装置は、
チャネル層を形成する半導体材料層、
半導体材料層上に形成された一対のソース/ドレイン電極、及び、
一対のソース/ドレイン電極の間に配置されており、半導体材料層の上に形成されているゲート電極、
を有しており、
一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間は、抵抗素子を介して接続されている、
半導体装置である。
そして、本開示の半導体装置において、ゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して半導体材料層上に形成されている構成とすることができる。この場合において、半導体材料層は、チャネル層上に形成されたバリア層を有する構成とすることができる。また、半導体材料層は化合物半導体材料から成る構成とすることができ、例えば、窒化ガリウム(GaN)やガリウム砒素(GaAs)などから構成することができる。尚、場合によっては、シリコン(Si)を用いて半導体材料層を形成する構成であってもよい。
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の半導体装置において、チャネル層を形成する半導体材料層は、一対のソース/ドレイン電極およびゲート電極に電圧を印加しない状態においてゲート電極下のチャネル層内に2次元電子ガス層が存在するように形成されている構成とすることができる。
この場合、半導体装置はノーマリーオンの構成となる。従って、一対のソース/ドレイン電極のいずれか一方とゲート電極との間が抵抗素子を介して接続されることによって、PIDに対する充分な効果を得ることができる。尚、半導体装置がノーマリーオフの構成である場合には、一対のソース/ドレイン電極のいずれも、ゲート電極との間が抵抗素子を介して接続される構成とすることが好ましい。
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の半導体装置において、抵抗素子のインピーダンスは、抵抗素子が接続されるソース/ドレイン電極とゲート電極との間の内部インピーダンスよりも大きい構成とすることができる。この場合において、抵抗素子のインピーダンスは1kΩ以上である構成とすることができるし、より好ましくは、抵抗素子のインピーダンスは1MΩ以上である構成とすることが望ましい。
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の半導体装置において、抵抗素子は半導体材料層上に形成された層間膜内に配置されている構成とすることができる。この場合において、抵抗素子を構成する材料は特に限定するものではない。例えば、所定の抵抗値が得られるように薄膜化された金属材料や、ポリシリコンなどを用いて構成することができる。
あるいは又、この場合において、抵抗素子はチャネル層を形成する半導体材料層と同層で形成された半導体材料層を用いて構成されている態様とすることもできる。例えば、素子分離領域によって形状を規定した半導体材料層を用いて抵抗素子を形成することができる。
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の半導体装置において、半導体材料層は半導体基板の上に形成されており、抵抗素子が接続されているソース/ドレイン電極と半導体基板とは接続されている構成とすることができる。この構成によれば、半導体装置の製造プロセス中にチャージした電荷を半導体基板側に逃がすことができる。
半導体基板を構成する材料は特に限定するものではなく、例えばIII−V族化合物半導体材料、炭化ケイ素(SiC)、サファイヤ、シリコン(Si)などといった材料を用いることができる。尚、半導体基板と、その上に形成される半導体材料層とで格子定数が異なる場合、それらの間にバッファ層を設けることによって格子定数の相違による影響を低減することができる。
本開示に係る半導体装置の製造方法は、
一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間を、抵抗素子を介して接続する工程、
を有する。
本開示の半導体装置を備えた電子機器として、例えば、通信システムなどを構成する無線通信装置や、これらを構成するICなどの半導体モジュールなどを挙げることができる。このような無線通信装置としては、通信周波数がUHF(Ultra High Frequency)帯以上のもので特に効果が発揮される。
本明細書における各種の条件は、数学的に厳密に成立する場合の他、実質的に成立する場合にも満たされる。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。また、以下の説明で用いる各図面は模式的なものであり、実際の寸法やその割合を示すものではない。例えば、後述する図2は半導体装置の断面構造を示すが、幅、高さ、厚さなどの割合を示すものではない。
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、本開示に係る、半導体装置および半導体装置の製造方法、並びに電子機器に関する。
図1は、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部平面図である。より具体的には、ウエハ状基板に形成される多数の半導体装置のうちの1つを示す。後述する他の図面においても同様である。尚、図1の右側には、半導体装置の等価回路図を示す。
第1の実施形態に係る半導体装置1は、
チャネル層を形成する半導体材料層11、
半導体材料層11上に形成された一対のソース/ドレイン電極12,12A、及び、
一対のソース/ドレイン電極12,12Aの間に配置されており、半導体材料層11の上に形成されているゲート電極31、
を有している。尚、図1において、上述した構成要素などの平面形状をハッチングで表した。
半導体装置1は、絶縁ゲート構造を持つ電界効果型トランジスタである。ゲート電極31は、ゲート絶縁膜を介して半導体材料層11上に形成されているが、図示の都合上、図1においてゲート絶縁膜は示されていない。ゲート絶縁膜については、後述する図2を参照して後で詳しく説明する。
図1において、符号53は一方のソース/ドレイン電極12に接続される配線を示し、符号43はそれらを接続するコンタクトを示す。符号53Aは他方のソース/ドレイン電極12Aに接続される配線を示し、符号43Aはそれらを接続するコンタクトを示す。符号53Bは、ゲート電極31に接続される配線を示し、符号43Bはそれらを接続するコンタクトを示す。配線53,53A,53Bは、同層で形成された導電材料層をパターニングすることで形成されている。
そして、一対のソース/ドレイン電極12,12Aの少なくとも一方(図に示す例では、ソース/ドレイン電極12)とゲート電極31との間は、抵抗素子41(等価回路図における符号RSに対応する)を介して接続されている。より具体的には、一方のソース/ドレイン電極12に接続する配線53と、ゲート電極31に接続する配線53Bとの間には、抵抗素子41が接続されている。
図2Aおよび図2Bは、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部断面図である。図2Aは、図1において一点鎖線で示す符号Aの部分の断面を模式的に示す。図2Bは、図1において一点鎖線で示す符号Bの部分の断面を模式的に示す。尚、各要素の平面形状については、半導体装置の製造方法を説明するための図6ないし図13を適宜参照して説明する。
半導体装置1は、半導体基板10の上に形成されている。半導体基板10上には、チャネル層を形成する半導体材料層11が形成されている。半導体基板10は、その上に形成される半導体材料層11との格子定数との関係から、例えば単結晶GaN基板から形成されている。図7においてハッチングを付した部分が半導体材料層11の平面形状を示す。
半導体材料層11は化合物半導体材料から成る。例えば、半導体材料層11として、窒化ガリウム(GaN)のエピタキシャル成長層が用いられる。半導体材料層11は、不純物を添加しないu−GaN層として形成されている。半導体材料層11の上には、図示せぬバリア層が形成されている。半導体材料層11との間で発生する分極によって2DEGを発生させるため、バリア層を形成する材料としてAl1-x-yGaxInyN(但し0≦x<1,0≦y<1)などが一般的に用いられる。チャネル層を形成する半導体材料層11は、一対のソース/ドレイン電極12,12Aおよびゲート電極31に電圧を印加しない状態においてゲート電極31下のチャネル層内に2次元電子ガス層が存在するように形成されている。
尚、半導体基板10を構成する材料と半導体材料層11を構成する材料との格子定数が相違する場合には、これらの間にバッファ層を設ければよい。バッファ層によって格子定数を制御する事で、半導体材料層11の結晶状態を良好にするとともに、ウエハ状基板の反りを制御することができる。例えば、半導体基板1が単結晶シリコンから成る場合、このようなバッファ層の一例として、AlN、AlGaN、GaNなどが用いられる。
図7に示すように、半導体材料層11のアクティブ領域の平面形状は略矩形である。後述するように、アクティブ領域を囲む部分はボロンイオンの注入によって素子分離領域とされている(素子分離領域となった部分を符号11Aで表す)。図1及び図2に示すように、半導体材料層11上には、一対のソース/ドレイン電極12,12Aが形成されている。図8においてハッチングを付した部分が一対のソース/ドレイン電極12,12Aの平面形状を示す。ソース/ドレイン電極12,12Aを構成する導電材料層は金属材料から成り、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、金(Au)等の金属あるいはこれらを主成分とする合金等から形成されている。
尚、低抵抗を実現する手段としてアニール処理を施してもよい。また、更なる低抵抗化を図るため、半導体材料層11との間に高濃度N+層が形成されていてもよい。半導体材料層11のエッチング後に高濃度N+層を選択的に埋める選択再成長により形成してもよいし、イオン注入により形成しても良い。選択再成長の場合は、n−In1-xGaxN層などを用いることができる。
図2Aおよび図2Bに示すように、一対のソース/ドレイン電極12,12A上を含む全面に、層間絶縁層21が形成されている。層間絶縁層21を構成する材料として、半導体材料層11に対して絶縁性を有しかつ良好な界面を形成してデバイス特性を劣化させないような材料が適宜選択して用いられる。
図9に示すように、層間絶縁層21には、ゲート電極31の下の半導体材料層11が露出する開口OP1が設けられている。図9においては、開口OP1によって露出する半導体材料層11の部分にハッチングを付した。
図2Aおよび図2Bに示すように、ゲート絶縁膜を構成する絶縁膜22は、層間絶縁層21や開口OP1上を含む全面に亘って形成されている。絶縁膜22は、例えば厚さが10ナノメートル程度のアルミニウム酸化物(Al23)やハフニウム酸化物(HfO2)、あるいはその積層などによって構成されている。開口OP1内に形成された絶縁膜22の部分がゲート絶縁膜22Aを構成する。
そして、開口OP1内に形成されたゲート絶縁膜22Aを覆うように、ゲート電極31が形成されている。図1に示すように、ゲート電極31は、一対のソース/ドレイン電極12,12Aの間に配置されており、ゲート絶縁膜22Aを介して半導体材料層11上に形成されている。図10においてハッチングを付した部分がゲート電極31の平面形状を示す。ゲート電極31は例えば一対のソース/ドレイン電極12,12Aを構成する導電材料と同様の材料を用いて構成されている。
図2Aおよび図2Bに示すように、ゲート電極31上を含む全面には、絶縁性の平坦化膜32が形成されている。平坦化膜32上には、例えば金属薄膜がパターニングされて成る抵抗素子41が設けられている。抵抗素子41上を含む全面には、絶縁膜42が形成されている。このように、抵抗素子41は半導体材料層11上に形成された層間膜内に配置されている。
そして、絶縁膜42、平坦化膜32、絶縁膜22および層間絶縁層21を貫くように、コンタクト43,43Aが形成されている。また、絶縁膜42および平坦化膜32を貫くように、コンタクト43Bが形成されている。コンタクト43,43Aは、それぞれ、ソース/ドレイン電極12,12Aと接続するように形成されている。また、コンタクト43Bは、ゲート電極31と接続するように形成されている。
また、絶縁膜42を貫くように、コンタクト44,44Bが形成されている。コンタクト44,44Bは、それぞれ、抵抗素子41と接続するように形成されている。
絶縁膜42上には、配線53,53A,53Bが形成されている。配線53,53A,53Bは、同層で形成された導電材料層を適宜パターニング等して形成されている。配線53,53A,53Bはそれぞれ、上述したコンタクト43,43A,43Bを介して、ソース/ドレイン電極12,12A、ゲート電極31に接続されている。
また、配線53は上述したコンタクト44を介して抵抗素子41の一端に接続されており、配線53Bは上述したコンタクト44Bを介して抵抗素子41の他端に接続されている。配線53,53A,53B上を含む全面には保護膜54が形成されている。
以上のようにして形成された半導体装置1は、半導体装置の製造プロセス中に、ゲート-ソース間およびゲート-ドレイン間がDC的に同電位となる。したがって、アンテナ効果によるゲート絶縁膜22Aへのダメージを防ぐことが出来る。
一方、半導体装置1の特性への影響は、抵抗素子41の大きさを適切に設定する事で、充分に小さくすることができる。具体的には、抵抗素子のインピーダンスを、抵抗素子が接続されるソース/ドレイン電極とゲート電極との間の内部インピーダンスよりも大きくすればよい。抵抗素子41のインピーダンスは1kΩ以上である構成とすることができるし、より好ましくは、抵抗素子のインピーダンスは1MΩ以上である構成とすればよい。
図3Aは、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の高周波小信号シミュレーション用モデルである。図3Bは、シミュレーションによって得られた、抵抗素子の値とSパラメータとの関係を示すグラフである。
半導体装置1の特性への影響を調べるため、図3Aに示すモデルを用いて高周波小信号シミュレーションを実施した。なお、この回路はゲート電極への入力信号を増幅するいわゆるパワーアンプを想定している。
トランジスタTRとして、ゲート長10マイクロメートル程度を想定し、一般的なHEMTモデルを使用した。具体的には、ソース側がGNDに接続され、ドレイン側は50Ωの負荷抵抗RLoを介して50Ωの抵抗RT2で終端され、ゲートとGNDとの間に50Ωの抵抗RT1が配された構成であって、ゲートに小信号を入力する回路となっている。デプレッション型トランジスタを使用しているため、ゲートとソースとの間のみに、抵抗素子RSが接続されている。
抵抗素子RSの大きさをパラメータとし、小信号シミュレーションを行った結果を図3Bに示す。具体的には、抵抗素子RSの値を1Ω、10Ω、100Ω、1kΩ、1MΩとしてS11ないしS22パラメータのグラフを求めた。尚、抵抗素子RSを設けない場合のグラフは、抵抗素子RSが1kΩや1MΩの場合と概ね重なった。従って、これらS11ないしS22パラメータのグラフは、抵抗素子RSの抵抗値を少なくとも1kΩ以上とすれば、抵抗素子RSが無い時とあるときとで、ほぼ同程度の小信号特性を示すことを示している。
続いて、半導体装置1の内部パラメータと抵抗素子RSとの関係を調べるため、図4Aに示す簡易トランジスタモデルを用いてシミュレーションを行った。先ず、抵抗素子RSを使用しない時のS12と、抵抗素子RSを使用した時のS12の差分とΔS12と定義した。そして、容量値を0.1pF、0.32pF、1pF、3.2pF、10pFと設定した場合のそれぞれにおいて、ΔS12とRSとの関係を図4Bに示した。ここで、ΔS12が充分に0に近い状態、例えば差分が1dB以内であれば、抵抗素子RSによる半導体装置1の特性への影響は非常に小さいと判断することができる。
図5は、ΔS12が1dBよりも小さくなる抵抗値と、1/2ωCで定義した内部インピーダンスとの関係を示すグラフである。
抵抗素子RSの抵抗値をトランジスタの内部インピーダンスより大きくすることで、ΔS12が1dBよりも小さくなる。従って、抵抗素子RSを接続することによる半導体装置1の特性への影響は非常に小さい事が分かる。影響をより小さくするためには、抵抗素子RSの抵抗値を、内部インピーダンスに対して1桁以上大きく設定することが望ましい。
一方で、ゲート-ソース間に抵抗を形成すると、DC的なリーク電流がデバイス特性に対して悪影響を与える。そのため、抵抗素子RSの抵抗値は1kΩ以上、出来れば1MΩ以上が望ましい。
次いで、半導体装置1の製造方法について説明する。
上述したように、半導体装置1の製造方法は、一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間を、抵抗素子を介して接続する工程を有する。
図6ないし図13は、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部平面図である。尚、判読性の観点から、平面図にあっては原則として絶縁層や絶縁膜の表示を省略した。
[工程−100](図6および図7参照)
先ず、半導体基板10上に半導体材料層11を形成する。具体的には、半導体基板10を準備し、全面に、半導体材料層11として、窒化ガリウム(GaN)のエピタキシャル成長層を形成する(図6参照)。その後、チャネル形成領域やソース/ドレイン領域となるアクティブ領域を除く部分を素子分離領域11Aとする。具体的には、素子分離領域とすべき部分にイオン注入法によってボロンイオンを注入して素子分離領域11Aとし、素子分離領域11Aに囲まれた半導体材料層11の領域を形成する(図7参照)。
[工程−110](図8参照)
次いで、ソース/ドレイン電極12,12Aを形成する。具体的には、半導体材料層11上を含む全面に、金属材料から成る導電材料層を形成する。その後、パターニング方法によって、所定の位置にソース/ドレイン電極12,12Aを形成する。
[工程−120](図9参照)
次いで、全面に層間絶縁層21を形成する。その後、ゲート電極31の下に位置する半導体材料層11の部分が露出する開口OP1を設ける。
[工程−130](図10参照)
次いで、ゲート絶縁膜22Aなどを構成する絶縁膜22を全面に形成する。その後、ゲート電極31を形成する。具体的には、全面に金属材料から成る導電材料層を形成し、次いで、周知のパターニング方法を用いて、所定の位置にゲート電極31を形成する。
[工程−140](図11および図12参照)
その後、ゲート電極31上を含む全面に、絶縁性の平坦化膜32を形成する。次いで、抵抗素子41を形成する。具体的には、全面に金属材料から成る薄膜を形成し、次いで、周知のパターニング方法を用いて、所定の位置に抵抗素子41を形成する(図11参照)。その後、全面に、絶縁膜42を形成する。次いで、コンタクト43,43A,43B,44,44Bに対応する部分に開口OP2,OP3,OP4,OP5,OP6を設ける(図12参照)。
[工程−150](図13参照)
その後、開口OP2,OP3,OP4,OP5,OP6を導電材料で充填してコンタクトを形成し、次いで、配線53,53A,53Bを形成する。具体的には、全面に金属材料から成る導電材料層を形成し、次いで、周知のパターニング方法を用いて、所定の位置に配線53,53A,53Bを形成する。その後、全面に、保護膜54を形成する。
以上の工程によって、半導体装置1を製造することができる。
上記の説明において、抵抗素子41は半導体材料層11上に形成された層間膜内に配置されているとした。しかしながら、抵抗素子41の構成はこれに限るものではない。例えば、抵抗素子41はチャネル層を形成する半導体材料層11と同層で形成された半導体材料層を用いて構成することもできる。一例として、図7に示す素子分離領域11Aによって半導体材料層の形状を規定し、所定の抵抗値を持った抵抗素子を形成することができる。
[第1変形例]
第1の実施形態については、種々の変形が可能である。第1の実施形態の第1変形例について説明する。
図14は、本開示の第1の実施形態の第1変形例に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部平面図である。
図1に示す半導体装置1にあっては、一対のうちソース/ドレイン電極12Aとゲート電極31との間のみが、抵抗素子41を介して接続されていた。これに対して、第1変形例に係る半導体装置1Aにおいては、ソース/ドレイン電極12とゲート電極31との間と、ソース/ドレイン電極12Aとゲート電極31との間のいずれもが、抵抗素子41を介して接続されている点が相違する。
第1変形例に係る半導体装置1Aは、ゲート電極にバイアス電圧が印加されない状態においてソースとドレインとが分離されているエンハンスメント型トランジスタに適した構成である。即ち、エンハンスメント型トランジスタであっても、半導体装置の製造プロセス中に、ゲート-ソース間およびゲート-ドレイン間がDC的に同電位となる。したがって、アンテナ効果によるゲート絶縁膜22Aへのダメージを防ぐことが出来る。
半導体装置1Aは、図1に示す半導体装置1に対して、配線層53の平面形状などが相違し、抵抗素子41が2箇所設けられているなどの点が相違する他、基本的には半導体装置1と同様の構成である。従って、半導体装置1についてした説明を適宜読みかえればよい。
[第2変形例]
第1の実施形態の第2変形例について説明する。
図15Aおよび図15Bは、本開示の第1の実施形態の第2変形例に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部断面図である。
第1の実施形態において参照した図9において、層間絶縁層21には、ゲート電極31の下の半導体材料層11が露出する開口OP1を設けた。開口OP1は通常ドライエッチングを用いて形成されるが、その際、露出する半導体材料層11へダメージを与えることが考えられる。
第2変形例に係る半導体装置1Bは、上述したダメージを軽減することができる構成である。具体的には、半導体材料層11の層間絶縁層を21を下層21Aと上層21Bとからなる2層構造とした。そして、上層21Bをドライエッチングで加工し、下層21Aをウェットエッチングで加工する事で、ドライエッチング時に半導体材料層11の表面を露出しないようにし、エッチングによるダメージを低減した。
半導体装置1Bは、図1に示す半導体装置1に対して、上述した点が相違する他、基本的には半導体装置1と同様の構成である。従って、半導体装置1についてした説明を適宜読みかえればよい。
[第3変形例]
第1の実施形態の第3変形例について説明する。
図16Aおよび図16Bは、本開示の第1の実施形態の第3変形例に係る半導体装置の構成を説明するための模式的な一部断面図である。
第3変形例に係る半導体装置1Cにおいて、半導体材料層は半導体基板の上に形成されており、抵抗素子が接続されているソース/ドレイン電極と半導体基板とは接続されている。
具体的には、半導体装置1Cは、半導体装置1に対して、一方のソース/ドレイン電極12が、配線53およびコンタクトCTを介して、半導体基板10にも接続されている点が相違する。この構成によれば、ゲート電極や一対のソース/ドレイン電極にたまったチャージを、半導体基板10側へ流すことができる。
半導体装置1Cは、図1に示す半導体装置1に対して、上述した点が相違する他、基本的には半導体装置1と同様の構成である。従って、半導体装置1についてした説明を適宜読みかえればよい。
以上説明した本開示に係る半導体装置にあっては、プラズマを用いたエッチングなどの製造工程におけるPIDを低減することができ、半導体装置の出荷前に配線を除去するプロセス工程を必要としない。また、半導体装置の特性に与える影響も充分に小さいものとすることができる。
[電子機器の説明]
本開示の半導体装置は、例えば、移動体通信システムなどにおける無線通信装置などを構成する電子機器に用いることができる。特に、RFスイッチやパワーアンプとして用いて好適である。すなわち、高周波特性や高効率特性に優れた本開示の半導体装置を無線通信装置のRFスイッチやパワーアンプに用いることにより、無線通信の高速化、高効率化および低消費電力化を図ることができる。特に、携帯通信端末においては、高速化、高効率化および低消費電力化によって使用時間を延ばすことができ、利便性をより向上させることができる。
図17は、無線通信装置を構成する電子機器の一例を表したものである。電子機器400は、例えば、音声、データ通信、LAN接続など多機能を有する携帯電話システムである。電子機器400は、例えば、アンテナANTと、アンテナスイッチ回路410と、高電力増幅器(HPA)420と、高周波集積回路RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)430と、ベースバンド部440と、音声出力部MIC、データ出力部DTと、インタフェース部I/F(例えば、無線LAN(W−LAN;Wireless Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、他)とを有している。高周波集積回路RFIC430とベースバンド部440とはインタフェース部I/Fにより接続されている。
この電子機器400は、送信時、すなわち、電子機器400の送信系から送信信号をアンテナANTへと出力する場合には、ベースバンド部440から出力される送信信号は、高周波集積回路RFIC430、高電力増幅器(HPA)420、およびアンテナスイッチ回路410を介してアンテナANTへと出力される。
また、受信時、すなわち、アンテナANTで受信した信号を電子機器400の受信系へ入力させる場合には、受信信号は、アンテナスイッチ回路410および高周波集積回路RFIC430を介してベースバンド部440に入力される。ベースバンド部440で処理された信号は、音声出力部MICと、データ出力部DTと、インタフェース部I/Fなどの出力部から出力される。
[応用例]
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図18は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム7000の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム7000は、通信ネットワーク7010を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図18に示した例では、車両制御システム7000は、駆動系制御ユニット7100、ボディ系制御ユニット7200、バッテリ制御ユニット7300、車外情報検出ユニット7400、車内情報検出ユニット7500、及び統合制御ユニット7600を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク7010は、例えば、CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、LAN(Local Area Network)又はFlexRay(登録商標)等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク7010を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークI/Fを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信I/Fを備える。図18では、統合制御ユニット7600の機能構成として、マイクロコンピュータ7610、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660、音声画像出力部7670、車載ネットワークI/F7680及び記憶部7690が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信I/F及び記憶部等を備える。
駆動系制御ユニット7100は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット7100は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット7100は、ABS(Antilock Brake System)又はESC(Electronic Stability Control)等の制御装置としての機能を有してもよい。
駆動系制御ユニット7100には、車両状態検出部7110が接続される。車両状態検出部7110には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット7100は、車両状態検出部7110から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
ボディ系制御ユニット7200は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット7200は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット7200には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット7200は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
バッテリ制御ユニット7300は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池7310を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット7300には、二次電池7310を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット7300は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池7310の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
車外情報検出ユニット7400は、車両制御システム7000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット7400には、撮像部7410及び車外情報検出部7420のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部7410には、ToF(Time Of Flight)カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部7420には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム7000を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びLIDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部7410及び車外情報検出部7420は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
ここで、図19は、撮像部7410及び車外情報検出部7420の設置位置の例を示す。撮像部7910,7912,7914,7916,7918は、例えば、車両7900のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部7910及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部7918は、主として車両7900の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部7912,7914は、主として車両7900の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部7916は、主として車両7900の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部7918は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図19には、それぞれの撮像部7910,7912,7914,7916の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲aは、フロントノーズに設けられた撮像部7910の撮像範囲を示し、撮像範囲b,cは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部7912,7914の撮像範囲を示し、撮像範囲dは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部7916の撮像範囲を示す。例えば、撮像部7910,7912,7914,7916で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両7900を上方から見た俯瞰画像が得られる。
車両7900のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部7920,7922,7924,7926,7928,7930は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両7900のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部7920,7926,7930は、例えばLIDAR装置であってよい。これらの車外情報検出部7920〜7930は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
図18に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット7400は、撮像部7410に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット7400は、接続されている車外情報検出部7420から検出情報を受信する。車外情報検出部7420が超音波センサ、レーダ装置又はLIDAR装置である場合には、車外情報検出ユニット7400は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
また、車外情報検出ユニット7400は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット7400は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部7410により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット7400は、異なる撮像部7410により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
車内情報検出ユニット7500は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット7500には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部7510が接続される。運転者状態検出部7510は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット7500は、運転者状態検出部7510から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット7500は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
統合制御ユニット7600は、各種プログラムにしたがって車両制御システム7000内の動作全般を制御する。統合制御ユニット7600には、入力部7800が接続されている。入力部7800は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット7600には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部7800は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム7000の操作に対応した携帯電話又はPDA(Personal Digital Assistant)等の外部接続機器であってもよい。入力部7800は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部7800は、例えば、上記の入力部7800を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット7600に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部7800を操作することにより、車両制御システム7000に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
記憶部7690は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するRAM(Random Access Memory)を含んでいてもよい。また、記憶部7690は、HDD(Hard Disc Drive)等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
汎用通信I/F7620は、外部環境7750に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信I/Fである。汎用通信I/F7620は、GSM(登録商標)(Global System of Mobile communications)、WiMAX、LTE(Long Term Evolution)若しくはLTE−A(LTE−Advanced)などのセルラー通信プロトコル、又は無線LAN(Wi−Fi(登録商標)ともいう)、Bluetooth(登録商標)などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信I/F7620は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク(例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク)上に存在する機器(例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ)へ接続してもよい。また、汎用通信I/F7620は、例えばP2P(Peer To Peer)技術を用いて、車両の近傍に存在する端末(例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はMTC(Machine Type Communication)端末)と接続してもよい。
専用通信I/F7630は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信I/Fである。専用通信I/F7630は、例えば、下位レイヤのIEEE802.11pと上位レイヤのIEEE1609との組合せであるWAVE(Wireless Access in Vehicle Environment)、DSRC(Dedicated Short Range Communications)、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信I/F7630は、典型的には、車車間(Vehicle to Vehicle)通信、路車間(Vehicle to Infrastructure)通信、車両と家との間(Vehicle to Home)の通信及び歩車間(Vehicle to Pedestrian)通信のうちの1つ以上を含む概念であるV2X通信を遂行する。
測位部7640は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)衛星からのGNSS信号(例えば、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号)を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部7640は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、PHS若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
ビーコン受信部7650は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部7650の機能は、上述した専用通信I/F7630に含まれてもよい。
車内機器I/F7660は、マイクロコンピュータ7610と車内に存在する様々な車内機器7760との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器I/F7660は、無線LAN、Bluetooth(登録商標)、NFC(Near Field Communication)又はWUSB(Wireless USB)といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器I/F7660は、図示しない接続端子(及び、必要であればケーブル)を介して、USB(Universal Serial Bus)、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)、又はMHL(Mobile High-definition Link)等の有線接続を確立してもよい。車内機器7760は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。また、車内機器7760は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器I/F7660は、これらの車内機器7760との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
車載ネットワークI/F7680は、マイクロコンピュータ7610と通信ネットワーク7010との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークI/F7680は、通信ネットワーク7010によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
統合制御ユニット7600のマイクロコンピュータ7610は、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660及び車載ネットワークI/F7680のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム7000を制御する。例えば、マイクロコンピュータ7610は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット7100に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ7610は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ7610は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
マイクロコンピュータ7610は、汎用通信I/F7620、専用通信I/F7630、測位部7640、ビーコン受信部7650、車内機器I/F7660及び車載ネットワークI/F7680のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の3次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ7610は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
音声画像出力部7670は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図18の例では、出力装置として、オーディオスピーカ7710、表示部7720及びインストルメントパネル7730が例示されている。表示部7720は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部7720は、AR(Augmented Reality)表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ7610が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
なお、図18に示した例において、通信ネットワーク7010を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム7000が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク7010を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク7010を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、通信を司る種々の機器に適用され得る。
[その他]
なお、本開示の技術は以下のような構成も取ることができる。
[A1]
チャネル層を形成する半導体材料層、
半導体材料層上に形成された一対のソース/ドレイン電極、及び、
一対のソース/ドレイン電極の間に配置されており、半導体材料層の上に形成されているゲート電極、
を有しており、
一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間は、抵抗素子を介して接続されている、
半導体装置。
[A2]
ゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して半導体材料層上に形成されている、
上記[A1]に記載の半導体装置。
[A3]
半導体材料層は、チャネル層上に形成されたバリア層を有する、
上記[A2]記載の半導体装置。
[A4]
半導体材料層は化合物半導体材料から成る、
上記[A3]記載の半導体装置。
[A5]
チャネル層を形成する半導体材料層は、一対のソース/ドレイン電極およびゲート電極に電圧を印加しない状態においてゲート電極下のチャネル層内に2次元電子ガス層が存在するように形成されている、
上記[A4]に記載の半導体装置。
[A6]
抵抗素子のインピーダンスは、抵抗素子が接続されるソース/ドレイン電極とゲート電極との間の内部インピーダンスよりも大きい、
上記[A1]ないし[A5]のいずれかに記載の半導体装置。
[A7]
抵抗素子のインピーダンスは1kΩ以上である、
上記[A6]に記載の半導体装置。
[A8]
抵抗素子のインピーダンスは1MΩ以上である、
上記[A6]に記載の半導体装置。
[A9]
抵抗素子は半導体材料層上に形成された層間膜内に配置されている、
上記[A1]ないし[A8]のいずれかに記載の半導体装置。
[A10]
抵抗素子はチャネル層を形成する半導体材料層と同層で形成された半導体材料層を用いて構成されている、
上記[A1]ないし[A8]のいずれかに記載の半導体装置。
[A11]
半導体材料層は半導体基板の上に形成されており、
抵抗素子が接続されているソース/ドレイン電極と半導体基板とは接続されている、
上記[A1]ないし[A10]のいずれかに記載の半導体装置。
[B1]
チャネル層を形成する半導体材料層、
半導体材料層上に形成された一対のソース/ドレイン電極、及び、
一対のソース/ドレイン電極の間に配置されており、半導体材料層の上に形成されているゲート電極、
を有しており、
一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間は、抵抗素子を介して接続されている、
半導体装置を備えた電子機器。
[B2]
ゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して半導体材料層上に形成されている、
上記[B1]に記載の電子機器。
[B3]
半導体材料層は、チャネル層上に形成されたバリア層を有する、
上記[B2]記載の電子機器。
[B4]
半導体材料層は化合物半導体材料から成る、
上記[B3]記載の電子機器。
[B5]
チャネル層を形成する半導体材料層は、一対のソース/ドレイン電極およびゲート電極に電圧を印加しない状態においてゲート電極下のチャネル層内に2次元電子ガス層が存在するように形成されている、
上記[B4]に記載の電子機器。
[B6]
抵抗素子のインピーダンスは、抵抗素子が接続されるソース/ドレイン電極とゲート電極との間の内部インピーダンスよりも大きい、
上記[B1]ないし[B5]のいずれかに記載の電子機器。
[B7]
抵抗素子のインピーダンスは1kΩ以上である、
上記[B6]に記載の電子機器。
[B8]
抵抗素子のインピーダンスは1MΩ以上である、
上記[B6]に記載の電子機器。
[B9]
抵抗素子は半導体材料層上に形成された層間膜内に配置されている、
上記[B1]ないし[B8]のいずれかに記載の電子機器。
[B10]
抵抗素子はチャネル層を形成する半導体材料層と同層で形成された半導体材料層を用いて構成されている、
上記[B1]ないし[B8]のいずれかに記載の電子機器。
[B11]
半導体材料層は半導体基板の上に形成されており、
抵抗素子が接続されているソース/ドレイン電極と半導体基板とは接続されている、
上記[B1]ないし[B10]のいずれかに記載の電子機器。
1,1A,1B,1C・・・半導体装置、10・・・半導体基板、11・・・半導体材料層、11A・・・素子分離領域、12,12A・・・一対のソース/ドレイン電極、12B・・・中継配線、12C・・・キャパシタを形成する一方の電極、21・・・層間絶縁層、22・・・ゲート絶縁膜を構成する絶縁膜、22A・・・ゲート絶縁膜、31・・・ゲート電極、32・・・平坦化膜、41・・・抵抗素子、42・・・絶縁膜、43,43A,43B・・・コンタクト、44,44B・・・コンタクト、53,53A,53B・・・配線、54・・・保護膜、400・・・電子機器、410・・・アンテナスイッチ回路、420・・・高電力増幅器(HPA)、430・・・高周波集積回路RFIC、440・・・ベースバンド部、OP1・・・層間絶縁層に設けられた開口、OP2,OP3,OP4・・・平坦化膜に設けられた開口、OP5,OP6・・・絶縁膜に設けられた開口、TR・・・絶縁ゲート構造を持つ電界効果型トランジスタの部分、RS・・・抵抗素子

Claims (12)

  1. チャネル層を形成する半導体材料層、
    半導体材料層上に形成された一対のソース/ドレイン電極、及び、
    一対のソース/ドレイン電極の間に配置されており、半導体材料層の上に形成されているゲート電極、
    を有しており、
    一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間は、抵抗素子を介して接続されている、
    半導体装置。
  2. ゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して半導体材料層上に形成されている、
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 半導体材料層は、チャネル層上に形成されたバリア層を有する、
    請求項2記載の半導体装置。
  4. 半導体材料層は化合物半導体材料から成る、
    請求項3に記載の半導体装置。
  5. チャネル層を形成する半導体材料層は、一対のソース/ドレイン電極およびゲート電極に電圧を印加しない状態においてゲート電極下のチャネル層内に2次元電子ガス層が存在するように形成されている、
    請求項4に記載の半導体装置。
  6. 抵抗素子のインピーダンスは、抵抗素子が接続されるソース/ドレイン電極とゲート電極との間の内部インピーダンスよりも大きい、
    請求項1に記載の半導体装置。
  7. 抵抗素子のインピーダンスは1kΩ以上である、
    請求項6に記載の半導体装置。
  8. 抵抗素子のインピーダンスは1MΩ以上である、
    請求項6記載の半導体装置。
  9. 抵抗素子は半導体材料層上に形成された層間膜内に配置されている、
    請求項1に記載の半導体装置。
  10. 抵抗素子はチャネル層を形成する半導体材料層と同層で形成された半導体材料層を用いて構成されている、
    請求項1に記載の半導体装置。
  11. 半導体材料層は半導体基板の上に形成されており、
    抵抗素子が接続されているソース/ドレイン電極と半導体基板とは接続されている、
    請求項1に記載の半導体装置。
  12. チャネル層を形成する半導体材料層、
    半導体材料層上に形成された一対のソース/ドレイン電極、及び、
    一対のソース/ドレイン電極の間に配置されており、半導体材料層の上に形成されているゲート電極、
    を有しており、
    一対のソース/ドレイン電極の少なくとも一方とゲート電極との間は、抵抗素子を介して接続されている、
    半導体装置を備えた電子機器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023176312A1 (ja) * 2022-03-18 2023-09-21 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 電力増幅用半導体装置
WO2024122224A1 (ja) * 2022-12-08 2024-06-13 国立大学法人東海国立大学機構 電界効果トランジスタ

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58123769A (ja) * 1982-01-18 1983-07-23 Toshiba Corp 入力保護装置
JPS61160963A (ja) * 1985-01-08 1986-07-21 Sanyo Electric Co Ltd コンデンサマイク用半導体装置
JP2007305747A (ja) * 2006-05-10 2007-11-22 Nec Electronics Corp 半導体装置、及びコンデンサマイクロフォン
JP2014078570A (ja) * 2012-10-09 2014-05-01 Toshiba Corp 整流回路及び半導体装置
JP6307704B2 (ja) * 2012-12-26 2018-04-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 サージ保護素子及び半導体装置
JP6597357B2 (ja) * 2016-02-09 2019-10-30 三菱電機株式会社 保護ダイオード付き電界効果トランジスタ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023176312A1 (ja) * 2022-03-18 2023-09-21 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 電力増幅用半導体装置
WO2024122224A1 (ja) * 2022-12-08 2024-06-13 国立大学法人東海国立大学機構 電界効果トランジスタ

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