JP4282625B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、特に、フィールドプレート電極を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
電界効果トランジスタ等の半導体装置にフィールドプレート電極を設け、これをゲート電極と接続することで半導体装置の耐圧を向上できることが知られている。図5は、フィールドプレートを有する従来の半導体装置の一例をモデル化して示す斜視図である。この図5に示した半導体装置50は、例えばGaAs電界効果トランジスタであり、GaAsの半導体基板51の表面に動作層52が形成され、この動作層52上に、オーム性接触によるドレイン電極53、及びソース電極54、ならびにショットキ接合によるゲート電極55が形成されている。
また、ドレイン電極53とソース電極54との間の動作層52の表面には、ゲート電極55を覆って、例えば窒化シリコン(SiN)等による表面保護膜56が形成されており、さらに、ドレイン電極53とゲート電極55との間の表面保護膜56上には、ゲート電極55から所定の距離Lgfを隔てて、フィールドプレート電極57が形成されている。
次に、上記した半導体装置50の製造方法の一例を説明する。まず、半導体基板51表面に形成された動作層52の上にオーム性接触のドレイン電極53及びソース電極54を形成する。次に、動作層52の表面に、フォトリソグラフィ等によりゲート電極形成用開口を有するレジストパターンを形成し、全面に金属膜を被着後、リフトオフ法を用いてゲート電極部分以外の金属膜をレジスト膜とともに除去し、ゲート電極55を形成する。
さらに、ドレイン電極53とソース電極54との間の動作層52の表面全面に、プラズマCVD法等により、表面保護膜56としてのSiN膜を形成する。この後、表面保護膜56上にフィールドプレート電極形成用開口を有するレジストパターンを形成して金属を被着後、リフトオフ法を用いて開口部分以外の金属膜をレジスト膜とともに除去し、フィールドプレート電極57を形成する。
ゲート電極55とフィールドプレート電極57との接続の方法については、次のような事例がある。例えば、表面保護膜56上に接続用パターンを形成して接続する方法がある。この場合には、ゲート電極55を覆っている表面保護膜56の所定部位を接続用にケミカルドライエッチング等で除去しておき、露出したゲート電極56の所定部位とフィールドプレート電極57との間を表面保護膜56上に形成した接続用パターン(図5には図示せず)により接続する。
また、この半導体装置50の外部で接続した事例も開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1に開示された事例は、ゲート電極とフィールドプレート電極とが距離をおいて形成された単位FETを並列にならべ、高出力化したものであり、それぞれのFETのゲート電極及びフィールドプレート電極は、外部に設けた連結部で接続されている。
さらに、上記事例のようにゲート電極とフィールドプレート電極を分離した構造とせず、ゲート電極とフィールドプレート電極とを一体化した事例も開示されている(例えば、特許文献2参照。)。この特許文献2に開示された事例では、ゲート電極からドレイン電極側に向かって庇状にフィールドプレート部を形成し、このフィールドプレート部と動作層との間に高誘電体材料を配置している。
特開2000−315804号公報(第4ページ、図1) 特開2001-230263号公報(第10ページ、図2)
ゲート電極55に接続されたフィールドプレート電極57を設けることにより、電界効果トランジスタ等の半導体装置50の耐圧が向上する。そして、その耐圧特性は、図5のようにゲート電極55とフィールドプレート電極57とが距離Lgfをおいて形成された構造の場合には、距離Lgfによって変動する。このため、所望する耐圧特性を得るには、距離Lgfの誤差を減らし、ゲート電極55及びフィールドプレート電極の位置を高精度に形成する必要がある。
しかしながら、従来の製造方法においては、ゲート電極55とフィールドプレート電極57とは、上述したように異なる工程で形成されるため、これら電極間の距離Lgfを高精度に維持することが困難であった。このため、耐圧特性にばらつきが生じ、半導体装置製造時の歩留まりが低下していた。
また、フィールドプレート電極57を設けた場合には、フィールドプレート電極57と動作層52との間に浮遊容量が発生する。特に、上述した特許文献2の事例のように、ゲート電極とフィールドプレート電極とを一体化した場合には、この浮遊容量が増加する。そして、これが信号入力側としてのゲート電極55への帰還容量となって、半導体装置の高周波数領域における入出力特性を劣化させるなど、高周波特性に影響をおよぼしていた。
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、フィールドプレート電極を有する高周波特性の良好な半導体装置を提供するとともに、その製造時における歩留まりを向上させた製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、表面に動作層が形成された半導体基板と、この半導体基板の動作層上に離間して形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記ドレイン電極及び前記ソース電極の形成部位を除く前記動作層の表面を覆うように形成された表面保護膜と、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に配置され、前記表面保護膜の表面からこの表面保護膜を貫通して前記動作層にショットキ接合されたゲート電極と、前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の前記表面保護膜上に、前記ゲート電極から所定の距離をおいて形成されたフィールドプレート電極と、前記ゲート電極と前記フィールドプレート電極とを前記表面保護膜の表面から空隙をおいて橋状に接続する配線とを具備し、前記ゲート電極、前記フィールドプレート電極、及び前記配線を同一の導電層により一体に形成したことを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、表面に動作層が形成された半導体基板上に離間してドレイン電極及びソース電極を形成し、これらドレイン電極及びソース電極の形成部位を除く前記動作層の表面に表面保護膜を形成する工程と、前記ドレイン電極、ソース電極及び表面保護膜の上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジスト膜にゲート電極形成用の開口を形成するとともに、この開口を通して前記表面保護膜にゲート電極形成用の開口を形成する工程と、前記ゲート電極形成用の開口を形成したフォトレジスト膜を除去した後に全面に絶縁膜を堆積し、この絶縁膜にゲート電極形成用の開口、及びこのゲート電極形成用の開口から所定の距離をおいてフィールドプレート電極形成用の開口を形成する工程と、前記絶縁膜及びこの絶縁膜に形成された前記ゲート電極形成用の開口及び前記フィールドプレート電極形成用の開口を含む全表面にフォトレジスト層を形成する工程と、このフォトレジスト層にゲート電極、フィールドプレート電極、及びこれらゲート電極とフィールドプレート電極とを接続するとともに前記絶縁膜への貫通孔となる開口部を有する配線を形成するための開口を形成する工程と、前記フォトレジスト層ならびにこのフォトレジスト層に形成された前記ゲート電極、フィールドプレート電極、及び配線を形成するための開口を含む全表面に金属膜を被着する工程と、前記ゲート電極、フィールドプレート電極、及び配線を除く他の部位の前記金属膜及び前記フォトレジスト層を除去する工程と、前記配線の開口部から、この配線と前記表面保護膜との間にある前記絶縁膜を除去する工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、フィールドプレート電極を有する高周波特性の良好な半導体装置を得ることができるとともに、その製造時における歩留まりを向上させた製造方法を得ることができる。
以下に、本発明に係る半導体装置及びその製造方法を実施するための最良の形態について、図1乃至図4を参照して説明する。
図1は、本発明に係る半導体装置の一実施例をモデル化して示す斜視図である。この図1に示した半導体装置1において、半導体基板11は、例えば、GaAsからなる基板であり、この半導体基板11の上には動作層12が形成されている。この動作層12の上には、離間してドレイン電極13及びソース電極14が形成されており、これらドレイン電極13とソース電極14との間には、ゲート電極16が形成されている。また、これら各電極の形成部位を除く動作層12上には、表面保護膜15が形成されている。
さらに、ゲート電極16とドレイン電極13との間の表面保護膜15上には、ゲート電極16から所定の距離Lgfをおいてフィールドプレート電極17が形成されている。フィールドプレート電極17とゲート電極16とは、配線18により接続されている。この配線18は、開口部19を有しており、表面保護膜15とのあいだに間隙を設けて、ゲート電極16とフィールドプレート電極17とを橋状に接続している。
上述の構造において、ゲート電極16とドレイン電極13との間の表面保護膜15上には、ゲート電極16からLgfの距離にフィールドプレート電極17が設けられており、耐圧特性を向上させている。また、ゲート電極16とフィールドプレート電極17とは、表面保護膜15とのあいだに間隙を設けた橋状の配線18により接続されているので、この配線18と動作層12との間の不要な容量を増加させることがなく、その影響を最小限に留めて良好な高周波特性を得ることができる。
次に、図1に示した半導体装置1の製造方法について、前述の図1、ならびに図2乃至図4を参照して説明する。図2乃至図4は、本発明の一実施例として、半導体装置1の製造方法の第1段階、第2段階、及び第3段階をそれぞれ工程順に示した断面図である。
まず、図2(a)に示すように、半導体基板11の上に形成された動作層12の上に、ドレイン電極13とソース電極14とを距離をおいて形成し、これらドレイン電極13及びソース電極14の形成部位を除いた動作層12の表面に、表面保護膜15を形成する。本実施例においては、表面保護膜15は、プラズマCVDにより形成した窒化シリコン(SiN)膜としている。
次に、図2(b)に示すように、ドレイン電極13、ソース電極14、及び表面保護膜15が形成された半導体基板11の面上にフォトレジスト膜A21を塗布し、フォトリソグラフィ等によってゲート電極形成用の開口を有するレジストパターンを形成しておく。そして、この開口から反応性ドライエッチング等により表面保護膜15を除去し、ゲート電極形成用の開口22を形成する。
次に、図2(c)に示すように、前工程で塗布したフォトレジスト膜A21を有機溶剤等で除去した後、全面に絶縁膜23を堆積する。本実施例においては、絶縁膜23は、感光性有機膜としている。そして、この絶縁膜23にフォトリソグラフィ等によって、ゲート電極形成用の開口24a及びフィールドプレート電極形成用の開口24bを、所定の距離Lgfをおいて形成する。
さらに、図2(d)に示すように、これら2つの開口24a、及び24bを含めた全表面に、フォトレジスト膜B25a、及びフォトレジスト膜C25bの2つのフォトレジスト膜からなるフォトレジスト層25を形成する。これら2つのフォトレジスト膜は、現像液に対する反応速度が異なり、フォトレジスト膜B25aの反応速度は、フォトレジスト膜C25bのそれよりも速いものとしている。
これに続けて、図3(e1)及び(e2)に示すように、フォトレジスト層25にフォトリソグラフィ等によって、ゲート電極形成用の開口26a、及びフィールドプレート電極形成用の開口26bを形成する。ここに、図3(e1)は、図1における断面A−Aのように、配線18に開口部19のない部位での断面図であり、図3(e2)は、図1における断面B−Bのように、配線18に開口部19のある部位での断面図である。図3(e2)では、開口部19に相当する位置26cにはフォトレジスト層25が残されている。また、フォトレジスト層25は、2つのフォトレジスト膜25a、及び25bの現像液に対する反応速度が異なるため、オーバーハング状に開口される。
次に、図3(f1)及び(f2)に示すように、全表面に金属膜27を蒸着にて形成する。図3(f1)は、図1における断面A−A、図3(f2)は、図1における断面B−Bのそれぞれの部位における断面図である。この金属膜27によって、動作層12にショットキ接合されたゲート電極16、このゲート電極16から所定の距離Lgfをおいた表面保護膜15上のフィールドプレート電極17、及びこれら2つの電極を接続する配線18が同一工程で一体に形成される。また、図3(f2)に示すように配線18の開口部19の原型が形成される。
この後、図4(g1)及び(g2)に示すように、フォトレジスト層25上に蒸着された金属膜27、及びフォトレジスト層25を除去する。図4(g1)は、図1における断面A−A、図4(g2)は、図1における断面B−Bのそれぞれの部位における断面図である。図4(g2)に示すように、この工程において配線18に開口部19が形成される。
そして、図4(h1)及び(h2)に示すように、絶縁膜23を有機溶剤等で除去する。図4(h1)は、図1の半導体装置1の断面A−A、図4(h2)は、図1の半導体装置1の断面B−Bのそれぞれにおける断面図である。このときに、配線18と表面保護膜15との間の絶縁膜23は、図4(h2)に示す開口部19から除去される。除去後は図4(h1)及び(h2)に示すように、配線18と表面保護膜15とのあいだには間隙が設けられて橋状となり、ゲート電極16とフィールドプレート電極17とは、この橋状の配線18により接続される。これら一連の工程によって、図1に示した半導体装置1が完成される。
なお、上述した製造方法においては、表面保護膜15を窒化シリコン(SiN)膜としたが、これに代えて酸化シリコン(SiO2)膜としてもよい。また、絶縁膜23を感光性有機膜としたが、これに代えて窒化シリコン(SiN)膜としてもよい。この場合は、図4(h1)及び(h2)に示した工程において、窒化シリコンの絶縁膜23をケミカルドライエッチング等で除去する。
以上説明したように、本発明に係る半導体装置1によれば、ゲート電極16とドレイン電極13との間の表面保護膜15上に、ゲート電極16から所定の距離Lgfをおいてフィールドプレート電極17が設けられており、耐圧特性を向上させている。また、ゲート電極16とフィールドプレート電極17とは橋状の配線18により接続されているので、内部での帰還容量となる動作層12との間の不要な容量等を増加させることがなく、良好な高周波特性、及び高出力特性を得ることができる。
また、本発明に係る製造方法によれば、ゲート電極16とフィールドプレート電極17とを、これら電極間を接続する配線18も含めて同一工程において一体に形成している。これにより、ゲート電極16とフィールドプレート電極17との距離Lgfを良好な精度に維持することができ、半導体装置の耐圧等のばらつきを減らしてその製造時の歩留まりを向上させることができる。あわせて、製造工程も短縮することができる。
さらに、ゲート電極16とフィールドプレート電極17とを接続する配線18に開口部19を設けているので、この開口部19から配線18の下側にある絶縁膜23を除去することによって、この配線18を容易に橋状に形成することができ、動作層12との間の不要な容量の増加を抑えて高周波特性の良好な半導体装置を製造することができる。
なお、表面保護膜15を窒化シリコン(SiN)膜に代えて酸化シリコン(SiO2)膜とした場合においても、上記した効果は、同様に得ることができる。
本発明に係る半導体装置の一実施例をモデル化して示す斜視図。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例の第1段階を工程順に示す断面図。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例の第2段階を工程順に示す断面図。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例の第3段階を工程順に示す断面図。 フィールドプレートを有する従来の半導体装置の一例をモデル化して示す斜視図。
符号の説明
1 半導体装置
11 半導体基板
12 動作層
13 ドレイン電極
14 ソース電極
15 表面保護膜
16 ゲート電極
17 フィールドプレート電極
18 配線
19 開口部
21 、25a、25b フォトレジスト膜
22、24a、26a ゲート電極形成用の開口
23 絶縁膜
24b、26b フィールドプレート電極形成用の開口
25 フォトレジスト層
26c 配線の開口位置
27 金属膜

Claims (6)

  1. 表面に動作層が形成された半導体基板と、
    この半導体基板の動作層上に離間して形成されたドレイン電極及びソース電極と、
    前記ドレイン電極及び前記ソース電極の形成部位を除く前記動作層の表面を覆うように形成された表面保護膜と、
    前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に配置され、前記表面保護膜の表面からこの表面保護膜を貫通して前記動作層にショットキ接合されたゲート電極と、
    前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の前記表面保護膜上に、前記ゲート電極から所定の距離をおいて形成されたフィールドプレート電極と、
    前記ゲート電極と前記フィールドプレート電極とを前記表面保護膜の表面から空隙をおいて橋状に接続する配線とを具備し、
    前記ゲート電極、前記フィールドプレート電極、及び前記配線を同一の導電層により一体に形成したことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記表面保護膜は窒化シリコン(SiN)膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記表面保護膜は酸化シリコン(SiO2)膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 表面に動作層が形成された半導体基板上に離間してドレイン電極及びソース電極を形成し、これらドレイン電極及びソース電極の形成部位を除く前記動作層の表面に表面保護膜を形成する工程と、
    前記ドレイン電極、ソース電極及び表面保護膜の上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジスト膜にゲート電極形成用の開口を形成するとともに、この開口を通して前記表面保護膜にゲート電極形成用の開口を形成する工程と、
    前記ゲート電極形成用の開口を形成したフォトレジスト膜を除去した後に全面に絶縁膜を堆積し、この絶縁膜にゲート電極形成用の開口、及びこのゲート電極形成用の開口から所定の距離をおいてフィールドプレート電極形成用の開口を形成する工程と、
    前記絶縁膜及びこの絶縁膜に形成された前記ゲート電極形成用の開口及び前記フィールドプレート電極形成用の開口を含む全表面にフォトレジスト層を形成する工程と、
    このフォトレジスト層にゲート電極、フィールドプレート電極、及びこれらゲート電極とフィールドプレート電極とを接続するとともに前記絶縁膜への貫通孔となる開口部を有する配線を形成するための開口を形成する工程と、
    前記フォトレジスト層ならびにこのフォトレジスト層に形成された前記ゲート電極、フィールドプレート電極、及び配線を形成するための開口を含む全表面に金属膜を被着する工程と、
    前記ゲート電極、フィールドプレート電極、及び配線を除く他の部位の前記金属膜及び前記フォトレジスト層を除去する工程と、
    前記配線の開口部から、この配線と前記表面保護膜との間にある前記絶縁膜を除去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。
  5. 前記表面保護膜は窒化シリコン(SiN)膜であり、前記絶縁膜は感光性有機膜であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記表面保護膜は酸化シリコン(SiO2)膜であり、前記絶縁膜は窒化シリコン膜(SiN)であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
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