JP3515886B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、高周波の電力合成
用集積回路として用いる高出力トランジスタチップを備
える半導体装置およびその製造方法に関し、特にトラン
ジスタ素子のソース電極およびドレイン電極を櫛状に対
向配置するトランジスタセルを並列接続した櫛形トラン
ジスタを備える半導体装置およびその製造方法に関する
ものである。 【0002】 【従来の技術】従来の電力合成用集積回路としては、図
9に示すように、入力整合回路30と出力整合回路31
との間に高出力トランジスタチップ23を配置したもの
がある。上記入力整合回路30および上記出力整合回路
31は、セラミック基板21に形成した高誘電率基板2
2上に形成されている。また、入力整合回路30は、入
力端子34と4本のワイヤ33により接続されている。
また、出力整合回路31は、出力端子35と4本のワイ
ヤ33により接続されている。 【0003】入力整合回路30および出力整合回路31
は、いずれも2つのパターン30a,30b,31a,
31bに分割されている。整合回路をこのように複数の
パターンに分割するのは、大きな整合回路パターンのま
まではその領域によっては特性が大きく異なることがあ
るので、パターンをこまかく分割することで1つのパタ
ーン内における特性のばらつきを無くすようにするため
である。 【0004】高周波の電力合成用集積回路として用いる
高出力トランジスタは、通常複数のトランジスタセル
(以下、適宜「セル」という。)を並列接続した構成を
とる。上記トランジスタでは、12個のトランジスタセ
ルを並列接続した構成をとり、このうち6個分を1つの
整合回路パターンにワイヤ32で接続している。上記高
出力トランジスタチップ23としては、図10に示すよ
うに、ドレイン電極1とソース電極2を櫛状に交互に対
向配置させた櫛形トランジスタが用いられている。ま
た、ソース電極2は、エアブリッジ3と呼ばれる空中配
線を介してソースパッド4に接続され、さらにヴィアホ
ール5により半絶縁性GaAs基板18の裏面電極に接
続されている。この櫛形トランジスタにおいては、14
本のゲートフィンガ6が1つのトランジスタセルを構成
しており、この14本のゲートフィンガ6に対してゲー
トパッド7が1つ設けられている。また、各ゲートフィ
ンガ6には、ゲートバス8を介して給電される。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ところで、高周波にお
ける高出力トランジスタは、各セル間の特性やインピー
ダンスの不揃いなどの原因により、DCあるいは高周波
印加時に発振して共振回路を形成することがある。トラ
ンジスタがこのような共振回路を形成すると、信号が出
力されなくなったり不必要な信号が増幅されたり等して
トランジスタの動作が不安定となり、また合成効率も著
しく低下してしまうという問題があった。そのため、図
9に示す例では、入力整合回路30および出力整合回路
31のパターン30aと30b,31aと31bの間を
抵抗92,93で接続することにより、この抵抗92,
93を利得損失分として作用させてDCあるいは高周波
印加時の発振を抑制することが行われていた。しかしな
がら、これではトランジスタ内部の各セル間で生じる発
振を止めることはできなかった。 【0006】特開平4−11743号公報においては、
このようなトランジスタ内部で生じる発振を防止する半
導体装置として、図11に示すように、6つのトランジ
スタセルの3つずつに対応するようゲート電極101を
接続するバスバー110とドレイン電極102とを2つ
に分割し、かつ分割したバスバー110およびドレイン
電極102をそれぞれ半導体基体104に形成した抵抗
層41,42を介して電気接続したものが開示されてい
る。なお、図11中、113はゲートボンディング部で
あり、123はドレインボンディング部である。しかし
ながら、この半導体装置では、特に高周波印加時におい
て、1つ1つのセルの特性やインピーダンスの不揃いな
どの原因によって隣接するセル間で生じる発振を抑制す
ることができないという問題があった。 【0007】また、特開平1−166564号公報にお
いては、トランジスタ動作の安定化を図る大電力用電界
効果トランジスタとして、図12に示すように、各ゲー
ト電極37がゲート引き出し電極部38を介してゲート
ボンディングパッド39に接続された複数のトランジス
タ素子を有する1つのトランジスタセルにおいて、各ゲ
ート電極37とゲート引き出し電極部38との間に抵抗
36を接続するものが開示されている。しかしながら、
このトランジスタでは、すべてのゲート電極37に対し
て抵抗36が直列に接続されているため、この抵抗36
がトランジスタ素子の利得を大きく低下させるという問
題があった。 【0008】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、トランジスタ素子の利得を損失することなく
隣接するトランジスタセル間で生じる発振を防止するこ
とができる半導体装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。 【0009】 【0010】 【0011】 【0012】 【0013】 【0014】【課題を解決するための手段】本 発明の請求項に係る
半導体層の製造方法は、半導体基板上に、ゲートバスに
接続する複数のストライプ状のゲート電極を介して、櫛
状に交互に対向配置させたドレイン電極とソース電極と
を有する複数のトランジスタセルを備える半導体装置を
製造する方法において、第1導電型半導体基板上に、活
性層、第2導電型半導体層を結晶成長する工程と、上記
第2導電型半導体層上に、高融点金属と低抵抗金属とを
順次形成する工程と、上記低抵抗金属上に、隣接するト
ランジスタセル間の上記ゲートバス部分を除いて絶縁膜
を形成する工程と、上記絶縁膜をマスクとして、上記低
抵抗金属をエッチングにより除去する工程と、上記絶縁
膜を除去した後、上記工程で低抵抗金属を除去して露出
した上記高融点金属上および除去していない上記低抵抗
金属上に、上記ゲートバスおよび上記ゲート電極に応じ
た絶縁層のパターンを形成する工程と、上記絶縁層のパ
ターンをマスクとして、上記低抵抗金属および上記高融
点金属をエッチングにより除去して、低抵抗金属と高融
点金属との2層構造からなるゲートバスおよびゲート電
極と、低抵抗金属からなる抵抗とを形成する工程と、上
記第2導電型半導体層上に、上記ゲート電極を介して櫛
状に交互に対向配置させたドレイン電極とソース電極と
を形成する工程とを有することを特徴とするものであ
る。 【0015】 【発明の実施の形態】 実施の形態1.図1は、本発明の実施の形態1による半
導体装置を示す平面図であり、図2は、1個のトランジ
スタ素子の長さ方向における断面構造を示す断面図であ
る。実施の形態1による半導体装置は、高出力トランジ
スタとして一般的な櫛形のトランジスタと呼ばれている
ものであって、複数個のトランジスタ素子が1つのトラ
ンジスタセルを構成し、このトランジスタセルを並列接
続して高出力を得るようにしたものである。具体的にこ
の櫛形トランジスタは、半絶縁性GaAs基板18上
に、ストライプ状ゲート電極としてのゲートフィンガ6
が複数本形成され、このゲートフィンガ6を介して、ド
レインパッド10に接続する複数のストライプ状のドレ
イン電極1と、ソースパッド4に接続する複数のストラ
イプ状のソース電極2とを櫛状に交互に対向配置させた
ものである。 【0016】上記ゲートフィンガ6は、チップ間接続用
ゲートパッド11から引き出されているゲートバス8に
接続され、各ゲートフィンガ6にはこのゲートバス8を
介して給電される。本実施の形態1では、このゲートフ
ィンガ6が14本で1つのトランジスタセルを構成して
おり、この14本のゲートフィンガ6に対して1つのゲ
ートパッド7が設けられている。ドレイン電極1は、1
つのドレインパッド10から7本引き出されており、ソ
ース電極2は、1つのソースパッド4から7本引き出さ
れており、そして、これらドレイン電極1およびソース
電極2は、ゲートフィンガ6をまたいで交互に対向配置
している。また、ソース電極2は、図2からも明らかな
ように、ゲートバス8に接触させないようにするため、
エアブリッジ3と呼ばれる空中配線を介してソースパッ
ド4に接続され、さらにヴィアホール5を通して半絶縁
性GaAs基板18の裏面電極43に接続されている。 【0017】本実施の形態1におけるトランジスタで
は、特に各トランジスタセル間を結ぶゲートバス8部分
を抵抗9により構成することを特徴とするものである。
なお、図1においては、この抵抗9を現すために抵抗9
部分におけるソース電極2のエアブリッジ3を省略して
いる。 【0018】図3は、上記トランジスタのゲートフィン
ガ6部分またはゲートバス8部分の断面構造を示す断面
図である。上記トランジスタのゲート部分は、半絶縁性
GaAs基板18上に、順次結晶成長したチャンネル
(活性層)17、n- GaAs層16、およびn+ Ga
As層15の半導体層にリセス溝を設け、このリセス溝
にゲート電極(ゲートフィンガ6およびゲートバス8)
を形成した構造を有する。なお、n+ GaAs層15上
に形成されたオーミック電極14は、ドレイン電極1ま
たはソース電極2となる。上記ゲート電極は、図3に示
すように下層ゲート12と上層ゲート13とからなる2
層構造になっている。この下層ゲート12には従来から
用いられているAlなどの他に高信頼度化のためにWS
iやWSiNなどの高融点金属を用いることが好まし
く、また上層ゲート13にはゲート抵抗の低減のために
Auなどの低抵抗金属を用いることが好ましい。このよ
うな材料でゲートバス8を形成した場合、トランジスタ
セル間に設ける抵抗9としては、その部分のみ上層ゲー
ト13のAuを形成せずに所望の抵抗値を得るように下
層ゲート12のWSiやWSiNの線幅や長さを任意に
決定することによりそのまま抵抗として利用することが
可能である。上記ゲート電極のゲート長としては、通常
0.1μm〜1μmである。また、ゲート電極を挟んだ
両オーミック電極14の間隔としては、1.5〜5μm
程度である。 【0019】次に、本実施の形態1による半導体装置の
製造方法を説明する。図4は、上記トランジスタのゲー
ト構造のプロセスフローの一例を示し、図5は抵抗9の
プロセスフローの一例を示す。 【0020】まず、半絶縁性GaAs基板18上に、例
えばMOCVD法によって、チャンネル(活性層)1
7、n- GaAs層16、n+ GaAs層15を順次結
晶成長させ、図1に示すゲートフィンガ6およびゲート
バス8に相当するレジストパターン24を形成した後、
リセスエッチングを行ってn+ GaAs層15にリセス
溝を形成する(図4(a) 参照)。そして、その全面に、
例えばCVD法でSiO等を堆積させて絶縁膜25を形
成した後、レジストパターン24を形成して絶縁膜25
のエッチングを行う(図4(b) 参照)。続いてまた、そ
の全面に、例えばCVD法でSiO等の絶縁膜26を堆
積させ(図4(c) 参照)、この絶縁膜26をエッチング
してサイドウォール27を形成する(図4(d) 参照)。
そして、このサイドウォール27をマスクにしてn-
aAs層16のエッチングを行ってリセス28を形成す
る(図4(e) 参照)。次いで、その全面に、例えばスパ
ッタ法によりWSiやWSiNを堆積して下層ゲート1
2を形成し、続いてその上に、例えばスパッタ法やメッ
キなどによりAuを堆積して上層ゲート13を形成する
(図4(f) 参照)。そして、上層ゲート13上に、ゲー
トフィンガ6またはゲートバス8の線幅に応じた絶縁膜
29のパターンを形成し、この絶縁膜29をマスクとし
て上層ゲート13および下層ゲート12のエッチングを
行う(図4(g)参照)。この後、絶縁膜25,29およ
びサイドウォール27を除去するとゲートフィンガ6、
ゲートバス8が形成される(図4(h) 参照)。なお、ゲ
ートフィンガ6またはゲートバス8を形成する際にリセ
スを形成しなくても良いことは言うまでもない。 【0021】一方、ゲートバス8部分を上記抵抗9とし
て用いる場合は、上層ゲート13となるAuを形成した
後、図5(a) に示すように、この低抵抗金属Auを除去
する。次いで、絶縁膜25、サイドウォール27を除去
するが(図5(h) 参照)、この際、下層ゲート12の金
属WSiやWSiNは所望の抵抗値に応じてサイズを決
定する。これにより、上記抵抗9が形成される。この抵
抗9部分における活性層(チャンネル17)には、予め
絶縁注入しておく。 【0022】なお、本法において、ゲート電極を下層ゲ
ート12と上層ゲート13とからなる2層構造としてい
るが、下層ゲート12のみの単層構造としてもよい。こ
のとき、通常のゲート電極として用いる場合は、下層ゲ
ート12のWSiやWSiNにイオンミリングなどの方
法で所望のゲート電極を形成する。 【0023】上記のようにしてゲートフィンガ6、ゲー
トバス8、および抵抗9を形成した後、図1に示すドレ
イン電極1、ソース電極2のパターンに応じて、例えば
スパッタ法や蒸着法によりAlなどの金属を形成してド
レイン電極1、ソース電極2を形成する。ドレインパッ
ド10、ソースパッド4、ゲートパッド7、チップ間接
続用ゲートパッド11は、上記のドレイン電極1、ソー
ス電極2、ゲートバス8などの形成と同時に形成しても
よく、また予め半絶縁性GaAs基板18上に形成して
おいてもよい。 【0024】このように、本実施の形態1による半導体
装置によれば、各トランジスタセル間を結ぶゲートバス
8部分を抵抗9により構成しているので、この抵抗9が
利得損失分として作用するため、隣接するセル間の特性
のアンバランスに起因する発振をキャンセルでき、その
結果、トランジスタの合成効率を向上することができる
という効果がある。 【0025】また、本実施の形態1では、上記抵抗9は
隣接する各トランジスタセル間に設けられているので、
トランジスタセル間でアンバランスが生じて発振を起こ
さない限り、この抵抗9は利得損失分として働かない。
したがって、図12に示す従来例では、各トランジスタ
素子に抵抗36を設けて、トランジスタ素子の利得をあ
る程度犠牲にして動作の安定化を図っていたが、本実施
の形態1では、上記の抵抗9により、ゲート抵抗が増大
したり寄生容量が増大することはないので、トランジス
タの利得を低下させることなく発振をキャンセルしてト
ランジスタの動作を安定化させることができるという効
果もある。 【0026】一方、本実施の形態1の半導体装置を製造
する方法によれば、ゲートフィンガ6およびゲートバス
8を構成する金属を形成するときに隣接するトランジス
タセル間におけるゲートバス部分が抵抗を構成するよう
低抵抗金属のAu(上層ゲート13)を除去することで
上記抵抗9が形成されるので、新たに工程を加えること
なく抵抗9を形成することができるという効果がある。 【0027】実施の形態2.図6は、本発明の実施の形
態2による半導体装置を示す平面図である。実施の形態
2の半導体装置では、上記実施の形態1の半導体装置に
おいて、隣接するトランジスタセル間におけるゲートバ
ス8部分を構成する抵抗9を、半絶縁性GaAs基板1
8に設けた活性層19の一部を用いて形成したものであ
り、かつこの活性層19をゲートバス8とオーミックコ
ンタクト20させている。なお、半絶縁性GaAs基板
18に設けた活性層においては、上記抵抗9として用い
る領域と、トランジスタのチャンネルとして用いる領域
とは絶縁分離しておく。 【0028】このように、実施の形態2による半導体装
置によれば、半絶縁性GaAs基板18に設けた活性層
19の一部を用いて隣接するトランジスタセル間の抵抗
9を形成する場合であっても上記実施の形態1と同様
に、この抵抗9が利得損失分として作用するため、隣接
するセル間の特性のアンバランスに起因する発振をキャ
ンセルでき、その結果、トランジスタの合成効率を向上
することができるという効果がある。 【0029】実施の形態3.図7は、本発明の実施の形
態3による半導体装置を示す平面図である。実施の形態
3の半導体装置では、図7に示すように、隣接するトラ
ンジスタセルのドレインパッド10間を、トランジスタ
セル間で生じる発振を防止するための抵抗91により接
続するものである。この抵抗91としては、上記実施の
形態1においてゲートバス8部分に設ける抵抗9と同様
にしてWSiやWSiNを形成することにより作成する
ことができ、また、上記実施の形態2のように活性層の
一部を用いて作成することもできる。 【0030】このように、実施の形態3による半導体装
置によれば、隣接するトランジスタセルのドレインパッ
ド10間を抵抗91により接続する場合であっても、上
記実施の形態1と同様に、この抵抗91が利得損失分と
して作用するため、隣接するセル間の特性のアンバラン
スに起因する発振をキャンセルでき、その結果、トラン
ジスタの合成効率を向上することができるという効果が
ある。 【0031】実施の形態4.図8は、本発明の実施の形
態4による半導体装置を示す平面図である。実施の形態
4の半導体装置では、図8に示すように、隣接するトラ
ンジスタセル間におけるゲートバス8部分を、トランジ
スタセル間で生じる発振を防止するための抵抗9により
形成するとともに、隣接するトランジスタセルのドレイ
ンパッド10間を、トランジスタセル間で生じる発振を
防止するための抵抗91により接続するものである。 【0032】このように、実施の形態4による半導体装
置によれば、隣接するトランジスタセル間におけるゲー
トバス8部分を抵抗9により形成するとともに、隣接す
るトランジスタセルのドレインパッド10間を抵抗91
により接続することにより、上記実施の形態1〜3のよ
うにゲートバス8側あるいはドレインパッド10側にの
み抵抗9,91を設けるものに比べて瞬時に隣接するセ
ル間の特性のアンバランスに起因する発振をキャンセル
できるという効果がある。 【0033】実施の形態5.実施の形態5による半導体
装置は、上記実施の形態1ないし4のいずれかにおける
高出力トランジスタチップを、図9に示すような入力整
合回路30および出力整合回路31に接続したものであ
って、この入力整合回路30および出力整合回路31
は、それぞれ2つのパターン30aと30b、31aと
31bに分割したものであり、かつこの2つに分割した
パターン間を、パターン間で生じる発振を防止するため
の抵抗92,93により接続したものである。なお、そ
の他の構成については従来例で説明した場合と同様であ
る。 【0034】このように、実施の形態5の半導体装置に
よれば、隣接するセル間の特性のアンバランスに起因す
る発振をキャンセルでき、かつ複数個に分割したパター
ン間に抵抗92,93を設けることにより、この抵抗9
2,93が利得損失分として作用してパターン間におい
て生じる比較的低周波の共振をもキャンセルすることが
できるという効果がある。 【0035】 【0036】 【0037】 【0038】 【0039】 【0040】【発明の効果】本 発明の請求項に係る半導体装置の製
造方法によれば、半導体基板上に、ゲートバスに接続す
る複数のストライプ状のゲート電極を介して、櫛状に交
互に対向配置させたドレイン電極とソース電極とを有す
る複数のトランジスタセルを備える半導体装置を製造す
る方法において、第1導電型半導体基板上に、活性層、
第2導電型半導体層を結晶成長する工程と、上記第2導
電型半導体層上に、高融点金属と低抵抗金属とを順次形
成する工程と、上記低抵抗金属上に、隣接するトランジ
スタセル間の上記ゲートバス部分を除いて絶縁膜を形成
する工程と、上記絶縁膜をマスクとして、上記低抵抗金
属をエッチングにより除去する工程と、上記絶縁膜を除
去した後、上記工程で低抵抗金属を除去して露出した上
記高融点金属上および除去していない上記低抵抗金属上
に、上記ゲートバスおよび上記ゲート電極に応じた絶縁
層のパターンを形成する工程と、上記絶縁層のパターン
をマスクとして、上記低抵抗金属および上記高融点金属
をエッチングにより除去して、低抵抗金属と高融点金属
との2層構造からなるゲートバスおよびゲート電極と、
低抵抗金属からなる抵抗とを形成する工程と、上記第2
導電型半導体層上に、上記ゲート電極を介して櫛状に交
互に対向配置させたドレイン電極とソース電極とを形成
する工程とを有することを特徴とするものであり、これ
により、ゲートバスおよびゲート電極を形成する際にゲ
ートバス部分における上記抵抗を形成できるので、新た
な工程を加えることなく該抵抗を作成することができる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の実施の形態1による半導体装置を示
す平面図である。 【図2】 本発明の実施の形態1による半導体装置にお
けるトランジスタ素子部分の長さ方向の断面構造を示す
断面図である。 【図3】 本発明の実施の形態1による半導体装置にお
けるゲートフィンガ部分またはゲートバス部分の断面構
造をを示す断面図である。 【図4】 本発明の実施の形態1による半導体装置にお
けるゲートフィンガ部分またはゲートバス部分のプロセ
スフローを示す断面図である。 【図5】 本発明の実施の形態1による半導体装置にお
ける抵抗部分のプロセスフローを示す断面図である。 【図6】 本発明の実施の形態2による半導体装置を示
す平面図である。 【図7】 本発明の実施の形態3による半導体装置を示
す平面図である。 【図8】 本発明の実施の形態4による半導体装置を示
す平面図である。 【図9】 電力合成用集積回路として用いられる半導体
装置を示す平面図である。 【図10】 従来例の半導体装置を示す平面図である。 【図11】 他の従来例の半導体装置を示す平面図であ
る。 【図12】 さらに他の従来例の半導体装置を示す平面
図である。 【符号の説明】 1 ドレイン電極、2 ソース電極、3 エアブリッ
ジ、4 ソースパッド、5 ヴィアホール、6 ゲート
フィンガ、7 ゲートパッド、8 ゲートバス、9 抵
抗、10 ドレインパッド、11 チップ間接続用ゲー
トパッド、12 下層ゲート(ショットキ)金属WSi
(WSiN)、13 上層ゲート金属Au、14 オー
ミック電極、15 n+ GaAs層、16 n- GaA
s層、17 チャンネル、18 半絶縁性GaAs基
板、19 活性層、20 オーミックコンタクト、21
セラミック基板、22 高誘電率基板、23 トラン
ジスタチップ、24 レジスト、25,26,29 絶
縁膜(SiO)、27 サイドウォール、28 リセ
ス、30a,30b 入力整合回路パターン、31a,
31b 出力整合回路パターン、32,33 ワイヤ、
34 入力端子パターン、35 出力端子パターン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−127575(JP,A) 特開 平1−181574(JP,A) 特開 平7−111271(JP,A) 特開 平4−365330(JP,A) 特開 昭61−184853(JP,A) 実開 昭57−124156(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 29/80 - 29/812

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 半導体基板上に、ゲートバスに接続する
    複数のストライプ状のゲート電極を介して、櫛状に交互
    に対向配置させたドレイン電極とソース電極とを有する
    複数のトランジスタセルを備える半導体装置を製造する
    方法において、 第1導電型半導体基板上に、活性層、第2導電型半導体
    層を結晶成長する工程と、 上記第2導電型半導体層上に、高融点金属と低抵抗金属
    とを順次形成する工程と、 上記低抵抗金属上に、隣接するトランジスタセル間の上
    記ゲートバス部分を除いて絶縁膜を形成する工程と、 上記絶縁膜をマスクとして、上記低抵抗金属をエッチン
    グにより除去する工程と、 上記絶縁膜を除去した後、上記工程で低抵抗金属を除去
    して露出した上記高融点金属上および除去していない上
    記低抵抗金属上に、上記ゲートバスおよび上記ゲート電
    極に応じた絶縁層のパターンを形成する工程と、 上記絶縁層のパターンをマスクとして、上記低抵抗金属
    および上記高融点金属をエッチングにより除去して、低
    抵抗金属と高融点金属との2層構造からなるゲートバス
    およびゲート電極と、低抵抗金属からなる抵抗とを形成
    する工程と、 上記第2導電型半導体層上に、上記ゲート電極を介して
    櫛状に交互に対向配置させたドレイン電極とソース電極
    とを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
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JPH11330232A (ja) 半導体集積回路装置及びその製造方法

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