JP2015082605A

JP2015082605A - 窒化物半導体装置

Info

Publication number: JP2015082605A
Application number: JP2013220376A
Authority: JP
Inventors: 弘善伊奈; Hiroyoshi Ina
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-04-27

Abstract

【課題】電極の厚さを大きくすることなく、短絡耐量特性を向上できて、電極の熱による変形の可能性を低減できる窒化物半導体装置を提供すること。【解決手段】Ｓi基板（１）上に形成された窒化物半導体層（２）と、窒化物半導体層（２）上に形成されたＴi/Ａl/ＴiＮからなるオーミック電極(ソース電極（１１）,ドレイン電極（１２）)とを備える。ドレインコンタクト部（２２Ｂ）におけるソースパッド（２１）の主部（２１１）に最も近い端（２２Ｂ１）は、ソースコンタクト部（２１Ｂ）におけるドレインパッド（２２）の主部（２２１）に最も近い端（２１Ｂ１）よりもソースパッド（２１）の主部（２１１）側に位置している。【選択図】図２

Description

本発明は、ＧａＮ系のＨＦＥＴ(Hetero-junction Field Effect Transistor；ヘテロ接合電界効果トランジスタ)に関する。

従来、ＧａＮ系のＨＦＥＴとしては、特開２０１２−２３８８０８号公報（特許文献１）に記載されているものがある。このＨＦＥＴに用いられるＧaＮは、バンドギャップが大きく、絶縁破壊電圧が高いので、大電流を扱う半導体素子を作製する場合に、半導体材料としてよく用いられているＳｉに比べ、半導体素子の面積が小さくなるように作製できる。

図１１は上記ＧａＮ系のＨＦＥＴの電極構造を模式的に示す平面図である。図１２は図１１のXII−XII線断面図であり、図１３は図１１のXIII−XIII線断面図である。

図１１に示すように、上記ＧａＮ系のＨＦＥＴは、フィンガー型と呼ばれる構造を形成しており、複数の小型トランジスタを電気的に並列に接続し、大電流を扱うようになっている。

上記ＧａＮ系のＨＦＥＴでは、ソース電極９１１、ドレイン電極９１２、およびゲート電極９１３は、それぞれワイヤーボンディングにより半導体素子９００外へ接続されている。半導体素子９００の活性領域上に絶縁膜９０７およびコンタクト部９２１Ａ，９２１Ｂ，９２２Ａ，９２２Ｂを形成し、絶縁膜９０７上およびコンタクト部９２１Ａ，９２１Ｂ上にソースパッド９２１を形成し、絶縁膜９０７上およびコンタクト部９２２Ａ，９２２Ｂ上にドレインパッド９２２を形成して、半導体素子９００の面積を小さくしている。コンタクト部９２１Ａ，９２１Ｂ，９２２Ａ，９２２Ｂは、ワイヤーボンディングが行われる領域に重ならないように配置され、安定したワイヤーボンディングができるようになっている。

特開２０１２−２３８８０８号公報

しかし、本発明者は、上記ＧａＮ系のＨＦＥＴの短絡耐量評価において、ソースパッド９２１とドレインパッド９２２との間の中央領域９０１のソース電極９１１およびドレイン電極９１２が変形する場合があるという問題に直面した。ここで、短絡耐量評価とは、ドレイン電極９１２に高電圧が印加された状態で、ゲート電極９１３を１０μ秒間オンさせ、ソース電極９１１とドレイン電極９１２とを短絡させて行う評価である。

そこで、本発明者は、中央領域９０１のソース電極９１１およびドレイン電極９１２が変形する問題について様々な検討を行った結果、次のように推定した。すなわち、ソース電極９１１とドレイン電極９１２とを短絡させたとき、電流は、ワイヤーボンディングされたドレイン電極９１２からコンタクト部９２２Ａ，９２２Ｂを経由し、半導体の内部を経てソース電極９１１へ至る。このとき、ドレイン電極９１２においてソースパッド９２１に近い方のコンタクト部９２２Ｂよりソースパッド９２１側で、ドレイン電極９１２内を流れる電流が多くなる。一方、ソース電極９１１においてドレインパッド９２２に近い方のコンタクト部９２１Ｂよりドレインパッド９２２側で、ソース電極９１１内を流れる電流が多くなる。すなわち、半導体素子の中央領域９０１で、ソース電極９１１およびドレイン電極９１２内を流れる電流が最も多くなって、中央領域９０１におけるソース電極９１１およびドレイン電極９１２の発熱量が局部的に大きくなる。したがって、中央領域９０１における熱によって、中央領域９０１のソース電極９１１およびドレイン電極９１２が変形したと考えられた。

また、上記ＧａＮ系のＨＦＥＴは、Ｓｉで作製したトランジスタよりも面積を小さくできるが、面積を小さくすると、電極と配線の構造に関して制限が多くなり、例えばソース電極９１１およびドレイン電極９１２のそれぞれの厚みを大きくするのが困難であるという問題があった。

そこで、本発明の課題は、電極の厚さを大きくすることなく、短絡耐量特性を向上できて、電極の熱による変形の可能性を低減できる窒化物半導体装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の窒化物半導体装置は、
基板と、
上記基板上に形成されると共に活性領域を有する窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層の上記活性領域上にフィンガー状に互いに平行に形成された複数のドレイン電極と、
上記窒化物半導体層の上記活性領域上に、上記複数のドレイン電極の配列方向に上記複数のドレイン電極と交互に配列するようにフィンガー状に互いに平行に形成された複数のソース電極と、
平面視において、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間にそれぞれ形成されたゲート電極と、
上記窒化物半導体層上に、上記ソース電極、上記ドレイン電極、および上記ゲート電極を覆うように形成された絶縁膜と、
上記絶縁膜上かつ上記ドレイン電極の長手方向の一方の側に形成されたソースパッドと、
上記絶縁膜上かつ上記ドレイン電極の長手方向の他方の側に形成されたドレインパッドと、
上記各ソース電極の一部の領域上に形成され、上記各ソース電極と上記ソースパッドを接続するソースコンタクト部と、
上記各ドレイン電極の一部の領域上に形成され、上記各ドレイン電極と上記ドレインパッドを接続するドレインコンタクト部と
を備え、
上記ドレインコンタクト部における上記ソースパッドの主部に最も近い端は、上記ソースコンタクト部における上記ドレインパッドの主部に最も近い端よりも上記ソースパッドの主部側に位置していることを特徴としている。

この明細書で、窒化物半導体層とは、Ａl_ＸＩｎ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ(Ｘ≧０、Ｙ≧０、０≦Ｘ＋Ｙ＜１)で表されるＧａＮ系半導体層のことを言う。また、ＧａＮ系半導体は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなどを含むものでもよい。

また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記ドレインコンタクト部における上記ソースパッドの主部に最も近い端は、上記ドレイン電極の長手方向の中央よりも上記ソースパッドの主部側に位置し、
上記ソースコンタクト部における上記ドレインパッドの主部に最も近い端は、上記ソース電極の長手方向の中央よりも上記ドレインパッドの主部側に位置し、
上記各ドレイン電極の長手方向の中央の位置と、上記各ソース電極の長手方向の中央の位置とが長手方向において一致している。

また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記ソースコンタクト部は、上記ソース電極毎に長手方向に間隔をあけて複数形成され、上記ドレインコンタクト部は、上記ドレイン電極の長手方向に間隔をあけて複数形成され、上記各ドレイン電極の複数の上記ドレインコンタクト部のうち上記ソースパッドの主部に最も近いドレインコンタクト部は、上記各ソース電極の複数の上記ソースコンタクト部のうち上記ドレインパッドの主部に最も近いソースコンタクト部よりも上記ソースパッドの主部側に位置している。

また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記各ドレイン電極の複数の上記ドレインコンタクト部のうち上記ソースパッドの主部に最も近いドレインコンタクト部は、上記ドレイン電極の長手方向の中央よりも上記ソースパッドの主部側に位置し、
上記各ソース電極の複数の上記ソースコンタクト部のうち上記ドレインパッドの主部に最も近いソースコンタクト部は、上記ソース電極の長手方向の中央よりも上記ドレインパッドの主部側に位置し、
上記各ドレイン電極の長手方向の中央の位置と、上記各ソース電極の長手方向の中央の位置とが長手方向において一致している。

本発明の窒化物半導体装置によれば、電極の厚さを大きくすることなく、短絡耐量特性を向上できて、電極の熱による変形の可能性を低減できる窒化物半導体装置を提供することができる。

図１は本発明の第１実施形態の窒化物半導体装置の断面図である。図２は上記第１実施形態の窒化物半導体装置の電極構造を模式的に示す平面図である。図３は図２のIII−III線断面を示す図である。図４は図２のIV−IV線断面を示す図である。図５は本発明の第２実施形態の窒化物半導体装置の電極構造を模式的に示す平面図である。図６は図５のVI−VI線断面を示す図である。図７は図５のVII−VII線断面を示す図である。図８は本発明の第３実施形態の窒化物半導体装置の電極構造を模式的に示す平面図である。図９は図８のIX−IX線断面を示す図である。図１０は図８のX−X線断面を示す図である。図１１は従来例の電極構造を模式的に示す平面図である。図１２は図１１のXII−XII線断面を示す図である。図１３は図１１のXIII−XIII線断面を示す図である。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の窒化物半導体装置の断面図であり、図２のＩ−Ｉ線断面図である。図１に示すように、この第１実施形態の窒化物半導体装置は、Ｓｉ基板１上に、窒化物半導体層２を形成している。窒化物半導体層２は、アンドープＧaＮ層と、アンドープＡlＧaＮ層とからなっている。アンドープＧaＮ層とアンドープＡlＧaＮ層との界面に２ＤＥＧ(２次元電子ガス)が発生する。窒化物半導体層２上には、絶縁膜７としての保護膜と層間絶縁膜とを順次形成している。

窒化物半導体層２上に、予め設定された間隔をあけてソース電極１１とドレイン電極１２とを形成している。ソース電極１１とドレイン電極１２とは、オーミック電極として形成されている。ソース電極１１とドレイン電極１２とは、Ｔｉ層、Ａｌ層、ＴｉＮ層が順に積層されたＴｉ／Ａｌ／ＴｉＮ電極である。ソース電極１１およびドレイン電極１２の厚さは、２００ｎｍである。

なお、窒化物半導体層２のうちのソース電極１１が形成される領域およびドレイン電極１２が形成される領域に予めリセスを形成し、これらのリセスにソース電極１１とドレイン電極１２とを形成してもよい。

また、ソース電極１１とドレイン電極１２との間の絶縁膜７には開口が形成され、この開口にゲート電極１３が形成されている。このゲート電極１３は、ＷＮ層、Ｗ層が順に積層されたＷＮ／Ｗ電極としており、窒化物半導体層２とショットキー接合するショットキー電極として形成されている。

ソース電極１１と、ドレイン電極１２と、ゲート電極１３と、これらソース電極１１，ドレイン電極１２，ゲート電極１３が形成された窒化物半導体層２の活性領域でＨＦＥＴを構成している。

ここで、活性領域３とは、ゲート電極１３に印加される電圧によって、ソース電極１１とドレイン電極１２との間でキャリアが流れる窒化物半導体層２の領域である。

絶縁膜７は、ソース電極１１、ドレイン電極１２およびゲート電極１３を覆うように形成されている。絶縁膜７のソース電極１１上およびドレイン電極１２上の厚さＴは、３μｍである。絶縁膜７のソース電極１１の一部の領域上には、第１のソースコンタクトホール７１が設けられている。

第１のソースコンタクトホール７１内および絶縁膜７上にソースパッド２１が設けられ、ソースパッド２１がソース電極１１に電気的に接続されている。第１のソースコンタクトホール７１内に設けられたソースパッド２１が第１のソースコンタクト部２１Ａを形成している。ソースパッド２１としては、ＴｉＮ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｃｕ、Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｌなどを用いている。

なお、ここでは図示しないが、絶縁膜７のドレイン電極１２の一部の領域上には、第１のソースコンタクトホール７１と同様に、第１のドレインコンタクトホールが設けられている。この第１のドレインコンタクトホール内および絶縁膜７上にドレインパッドが設けられ、ドレインパッドがドレイン電極１２に電気的に接続されている。第１のドレインコンタクトホール内に設けられたドレインパッドが第１のドレインコンタクト部を形成している。ドレインパッドとしては、ＴｉＮ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｃｕ、Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｌなどを用いている。

図２に示すように、Ｓｉ基板１は、平面視略長方形状を有している。ドレイン電極１２は、平面視フィンガー状に互いに平行に複数形成されている。これらのドレイン電極１２は、Ｓｉ基板１の短手方向に沿って形成されると共に、Ｓｉ基板１の長手方向に予め定められた間隔で形成されている。図３は図２のIII−III線断面図であり、図４は図２のIV−IV線断面図である。なお、図２において、窒化物半導体層２および絶縁膜７は、省略している（図３，図４参照）。

ソース電極１１は、フィンガー状に互いに平行に複数形成されているフィンガー部１１Ａと、これらのフィンガー部１１Ａの長手方向の両端に連接している連接部１１Ｂ，１１Ｃとを有している。フィンガー部１１Ａは、上記複数のドレイン電極１２の配列方向に上記複数のドレイン電極１２と交互に配列するように形成されている。フィンガー部１１Ａとドレイン電極１２とは、互いに略平行に形成されている。ソース電極１１の連接部１１Ｂは、フィンガー部１１Ａの長手方向の一端にそれぞれ連なると共に、上記配列方向に延在している。一方、ソース電極１１の連接部１１Ｃは、フィンガー部１１Ａの他端にそれぞれ連なると共に、上記配列方向に延在している。

ソースパッド２１は、ソース電極１１のフィンガー部１１Ａの長手方向の一方の側に形成されている。ドレインパッド２２は、ソースパッド２１に対して上記長手方向の他方の側に対向するように形成されている。ソースパッド２１は、主部２１１と、この主部２１１からドレインパッド２２側に突出すると共に各フィンガー部１１Ａの長手方向の一部を覆う突出部２１２とを有している。ドレインパッド２２は、主部２２１と、この主部２２１からソースパッド２１側に突出すると共に各ドレイン電極１２の長手方向の一部を覆う突出部２２２とを有している。ソースパッド２１の突出部２１２とドレインパッド２２の突出部２２２とは、フィンガー部１１Ａおよびドレイン電極１２が、フィンガー部１１Ａおよびドレイン電極１２の配列方向に交互に配列するように形成されている。

図２および図３に示すように、第１のソースコンタクト部２１Ａ（斜線部分）は、ソース電極１１の各フィンガー部１１Ａの長手方向における一端近傍に位置している。絶縁膜７の各フィンガー部１１Ａの一部の領域上には、第２のソースコンタクトホール７２が設けられている。第２のソースコンタクトホール７２内に設けられたソースパッド２１が第２のソースコンタクト部２１Ｂ（斜線部分）を形成している。第２のソースコンタクト部２１Ｂは、第１のソースコンタクト部２１Ａに対して上記長手方向に間隔をあけて位置している。第２のソースコンタクト部２１Ｂは、各フィンガー部１１Ａの長手方向の他端側（ドレインパッド２２の主部２２１側）に、かつ、ソースパッド２１の各突出部２１２の上記長手方向における他端近傍に位置している。

図２および図４に示すように、第１のドレインコンタクト部２２Ａ（斜線部分）は、ドレイン電極１２の長手方向における一端近傍に位置している。絶縁膜７のドレイン電極１２の一部の領域上には、第２のドレインコンタクトホール８２が設けられている。第２のドレインコンタクトホール８２内に設けられたドレインパッド２２が第２のドレインコンタクト部２２Ｂ（斜線部分）を形成している。第２のドレインコンタクト部２２Ｂは、第１のドレインコンタクト部２２Ａに対して上記長手方向に間隔をあけて位置している。第２のドレインコンタクト部２２Ｂは、ドレイン電極１２の長手方向の他端側（ソースパッド２１の主部２１１側）に、かつ、ドレインパッド２２の各突出部２２２の上記長手方向における一方端近傍に位置している。

図２に示すように、第１，第２のソースコンタクト部２１Ａ，２１Ｂおよび第１，第２のドレインコンタクト部２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ平面視略長方形状を有している。第１，第２のソースコンタクト部２１Ａ，２１Ｂの長手方向は、ソース電極１１の各フィンガー部１１Ａの長手方向と平行である。第１，第２のドレインコンタクト部２２Ａ，２２Ｂの長手方向は、ドレイン電極１２の長手方向と平行である。

第２のドレインコンタクト部２２Ｂは、第２のソースコンタクト部２１Ｂよりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。第２のドレインコンタクト部２２Ｂにおけるソースパッド２１の主部２１１に最も近い端２２Ｂ１は、第２のソースコンタクト部２１Ｂにおけるドレインパッド２２の主部２２１に最も近い端２１Ｂ１よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。

第２のドレインコンタクト部２２Ｂは、各ドレイン電極１２の長手方向の中央（直線Ｌで示す）よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。一方、第２のソースコンタクト部２１Ｂは、ソース電極１１の各フィンガー部１１Ａの長手方向の中央（直線Ｌで示す）よりもドレインパッド２２の主部２２１側に位置している。

また、第２のドレインコンタクト部２２Ｂの端２２Ｂ１は、各ドレイン電極１２の長手方向の中央よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。一方、第２のソースコンタクト部２１Ｂの端２１Ｂ１は、ソース電極１１の各フィンガー部１１Ａの長手方向の中央よりもドレインパッド２２の主部２２１側に位置している。

ソース電極１１、ドレイン電極１２、およびゲート電極１３は、それぞれワイヤーボンディングにより半導体素子外へ接続されている。ソース電極１１、ドレイン電極１２、およびゲート電極１３に対してワイヤーボンディングが行われるワイヤーボンディング領域９は、基板１の長手方向の中央領域であって、ソースパッド２１の主部２１１の中央領域およびドレインパッド２２の主部２２１の中央領域に設けられている。第１，第２のソースコンタクト部２１Ａ，２１Ｂおよび第１，第２のドレインコンタクト部２２Ａ，２２Ｂは、それぞれワイヤーボンディング領域９に重ならないように配置されている。このような配置によって、安定したワイヤーボンディングができるようになっている。

この第１実施形態によれば、第２のドレインコンタクト部２２Ｂにおけるソースパッド２１の主部２１１に最も近い端２２Ｂ１は、第２のソースコンタクト部２１Ｂにおけるドレインパッド２２の主部２２１に最も近い端２１Ｂ１よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。ソース電極１１とドレイン電極１２とを短絡させたとき、第２のドレインコンタクト部２２Ｂの端２２Ｂ１よりソースパッド２１の主部２１１側のドレインコンタクト部近傍領域３０２のドレイン電極１２内を流れる電流が多くなる。また、第２のソースコンタクト部２１Ｂの端２１Ｂ１よりドレインパッド２２の主部２２１側のソースコンタクト部近傍領域３０１のソース電極１１内を流れる電流が多くなる。

この窒化物半導体装置では、ソースコンタクト部近傍領域３０１とドレインコンタクト部近傍領域３０２とがソース電極１１のフィンガー部１１Ａの長手方向において離隔しているので、ソース電極１１内およびドレイン電極１２内を流れる電流が半導体素子の中央部など一部の領域に集中するのを抑制できる。したがって、ソース電極１１およびドレイン電極１２の厚さを大きくすることなく、窒化物半導体装置の短絡耐量特性を向上できて、ソース電極１１およびドレイン電極１２の熱による変形の可能性を低減できる。

また、ドレインコンタクト部２２Ｂの端２２Ｂ１は、各ドレイン電極１２の長手方向の中央よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。ソースコンタクト部２１Ｂの端２１Ｂ１は、各ソース電極１１のフィンガー部１１Ａの長手方向の中央よりもドレインパッド２２の主部２２１側に位置している。各ドレイン電極１２の長手方向の中央の位置と、各ソース電極１１のフィンガー部１１Ａの長手方向の中央の位置とが長手方向において一致している。このため、ソースコンタクト部近傍領域３０１とドレインコンタクト部近傍領域３０２とは、ドレイン電極１２の長手方向において離隔しているので、ソース電極１１のフィンガー部１１Ａ内およびドレイン電極１２内を流れる電流が半導体素子の中央部など一部の領域に集中するのをより確実に抑制できる。したがって、ソース電極１１およびドレイン電極１２の厚さを大きくすることなく、窒化物半導体装置の短絡耐量特性をより確実に向上できて、ソース電極１１およびドレイン電極１２の熱による変形の可能性を低減できる。

また、ソースコンタクト部２１Ａ，２１Ｂは、ソース電極１１のフィンガー部１１Ａの長手方向に間隔をあけて形成され、ドレインコンタクト部２２Ａ，２２Ｂは、ドレイン電極１２の長手方向に間隔をあけて形成されている。このため、抵抗の大きい窒化物半導体層２上のソース電極１１およびドレイン電極１２よりも、抵抗の小さいソースパッド２１およびドレインパッド２２に、より多くの電流が流れるようにして、素子全体として抵抗を小さくすることができる。

また、ドレインコンタクト部２２Ｂは、各ドレイン電極１２の長手方向の中央よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。ソースコンタクト部２１Ｂは、各ソース電極１１のフィンガー部１１Ａの長手方向の中央よりもドレインパッド２２の主部２２１側に位置している。各ドレイン電極１２の長手方向の中央の位置と、各ソース電極１１のフィンガー部１１Ａの長手方向の中央の位置とが長手方向において一致している。このため、ソースコンタクト部近傍領域３０１とドレインコンタクト部近傍領域３０２とは、ドレイン電極１２の長手方向において離隔しているので、ソース電極１１内およびドレイン電極１２内を流れる電流が半導体素子の中央部など一部の領域に集中するのをより確実に抑制できる。したがって、ソース電極１１およびドレイン電極１２の厚さを大きくすることなく、窒化物半導体装置の短絡耐量特性をより確実に向上できて、ソース電極１１およびドレイン電極１２の熱による変形の可能性を低減できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の窒化物半導体装置を説明する。

図５は、上記第２実施形態の窒化物半導体装置の電極構造を模式的に示す平面図である。図６は図５のVI−VI線断面図であり、図７は図５のVII−VII線断面図である。なお、図５〜図７において、図２〜４に示した構成部と同一構成部は、図２〜図４における構成部と同一参照番号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。

図５および図６に示すように、絶縁膜７の各フィンガー部１１Ａの一部の領域上であって、ソースパッド２１の突出部２１２の長手方向の中央部の領域上には、第２のソースコンタクトホール７３が設けられている。この第２のソースコンタクトホール７３内に設けられたソースパッド２１が第２のソースコンタクト部２１Ｃ（斜線部分）を形成している。第２のソースコンタクト部２１Ｃは、第１のソースコンタクト部２１Ａに対して上記長手方向に間隔をあけて位置している。第２のソースコンタクト部２１Ｃは、各フィンガー部１１Ａの長手方向の中央部に位置すると共に、ソースパッド２１の各突出部２１２の上記長手方向の中央部に位置している。

図５および図７に示すように、絶縁膜７のドレイン電極１２の一部の領域上であって、ドレインパッド２２の突出部２２２の長手方向の中央部の領域上には、第２のドレインコンタクトホール８３が設けられている。第２のドレインコンタクトホール８３内に設けられたドレインパッド２２が第２のドレインコンタクト部２２Ｃ（斜線部分）を形成している。第２のドレインコンタクト部２２Ｃは、第１のドレインコンタクト部２２Ａに対して上記長手方向に間隔をあけて位置している。第２のドレインコンタクト部２２Ｃは、ドレイン電極１２の長手方向の中央部に位置すると共に、ドレインパッド２２の各突出部２２２の上記長手方向の中央部に位置している。

図５に示すように、第２のソースコンタクト部２１Ｃおよび第２のドレインコンタクト部２２Ｃは、それぞれ平面視略長方形状を有している。第２のソースコンタクト部２１Ｃの長手方向は、ソース電極１１の各フィンガー部１１Ａの長手方向と平行である。第２のドレインコンタクト部２２Ｃの長手方向は、ドレイン電極１２の長手方向と平行である。

第２のドレインコンタクト部２２Ｃにおけるソースパッド２１の主部２１１に最も近い端２２Ｃ１は、各ドレイン電極１２の長手方向の中央よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。一方、第２のソースコンタクト部２１Ｃにおけるドレインパッド２２の主部２２１に最も近い端２１Ｃ１は、ソース電極１１の各フィンガー部１１Ａの長手方向の中央よりもドレインパッド２２の主部２２１側に位置している。

この第２実施形態によれば、第２のドレインコンタクト部２２Ｃにおけるソースパッド２１の主部２１１に最も近い端２２Ｃ１は、第２のソースコンタクト部２１Ｃにおけるドレインパッド２２の主部２２１に最も近い端２１Ｃ１よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。ソース電極１１とドレイン電極１２とを短絡させたとき、第２のドレインコンタクト部２２Ｃの端２２Ｃ１よりソースパッド２１の主部２１１側のドレインコンタクト部近傍領域３０２のドレイン電極１２内を流れる電流が多くなる。また、第２のソースコンタクト部２１Ｃの端２１Ｃ１よりドレインパッド２２の主部２２１側のソースコンタクト部近傍領域３０１のソース電極１１内を流れる電流が多くなる。

また、ソースコンタクト部２１Ａ，２１Ｃは、ソース電極１１のフィンガー部１１Ａの長手方向に間隔をあけて形成され、ドレインコンタクト部２２Ａ，２２Ｃは、ドレイン電極１２の長手方向に間隔をあけて形成されている。このため、抵抗の大きい窒化物半導体層２上のソース電極１１およびドレイン電極１２よりも、抵抗の小さいソースパッド２１およびドレインパッド２２に、より多くの電流が流れるようにして、素子全体として抵抗を小さくすることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の窒化物半導体装置を説明する。

図８は、上記第３実施形態の窒化物半導体装置の電極構造を模式的に示す平面図である。図９は図８のIX−IX線断面図であり、図１０は図８のX−X線断面図である。なお、図８〜図１０において、図２〜４に示した構成部と同一構成部は、図２〜図４における構成部と同一参照番号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。

図８および図９に示すように、基板１の長手方向の両端側領域であって、絶縁膜７の各フィンガー部１１Ａの一部の領域上、かつ、フィンガー部１１Ａの長手方向におけるソースパッド２１の中央部の領域上には、第３のソースコンタクトホール７４が設けられている。この第３のソースコンタクトホール７４内に設けられたソースパッド２１が第３のソースコンタクト部２１Ｄ（斜線部分）を形成している。第３のソースコンタクト部２１Ｄは、各フィンガー部１１Ａの長手方向のソースパッド２１側に位置すると共に、上記長手方向におけるソースパッド２１の中央部に位置している。

図８および図１０に示すように、基板１の長手方向の両端側領域であって、絶縁膜７のドレイン電極１２の一部の領域上、かつ、ドレイン電極１２の長手方向におけるドレインパッド２２の中央部の領域上には、第３のドレインコンタクトホール８４が設けられている。第３のドレインコンタクトホール８４内に設けられたドレインパッド２２が第３のドレインコンタクト部２２Ｄ（斜線部分）を形成している。第３のドレインコンタクト部２２Ｄは、ドレイン電極１２の長手方向のドレインパッド２２側に位置すると共に、上記長手方向におけるドレインパッド２２の中央部に位置している。

図８に示すように、第３のソースコンタクト部２１Ｄおよび第３のドレインコンタクト部２２Ｄは、それぞれ平面視略長方形状を有している。第３のソースコンタクト部２１Ｄの長手方向は、ソース電極１１の各フィンガー部１１Ａの長手方向と平行である。第３のドレインコンタクト部２２Ｄの長手方向は、ドレイン電極１２の長手方向と平行である。

第３のドレインコンタクト部２２Ｄにおけるソースパッド２１の主部２１１に最も近い端２２Ｄ１は、各ドレイン電極１２の長手方向の中央よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。一方、第３のソースコンタクト部２１Ｄにおけるドレインパッド２２の主部２２１に最も近い端２１Ｄ１は、ソース電極１１の各フィンガー部１１Ａの長手方向の中央よりもドレインパッド２２の主部２２１側に位置している。

この第３実施形態によれば、第３のドレインコンタクト部２２Ｄの端２２Ｄ１は、ソースコンタクト部２１Ｄの端２１Ｄ１よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。ソース電極１１とドレイン電極１２とを短絡させたとき、第３のドレインコンタクト部２２Ｄの端２２Ｄ１よりソースパッド２１の主部２１１側のドレインコンタクト部近傍領域３０２のドレイン電極１２内を流れる電流が多くなる。また、第３のソースコンタクト部２１Ｄの端２１Ｄ１よりドレインパッド２２の主部２２１側のソースコンタクト部近傍領域３０１のソース電極１１内を流れる電流が多くなる。

本発明および実施形態を纏めると、次のようになる。

本発明の窒化物半導体装置は、
基板１と、
上記基板１上に形成されると共に活性領域３を有する窒化物半導体層２と、
上記窒化物半導体層２の上記活性領域３上にフィンガー状に互いに平行に形成された複数のドレイン電極１２と、
上記窒化物半導体層２の上記活性領域３上に、上記複数のドレイン電極１２の配列方向に上記複数のドレイン電極１２と交互に配列するようにフィンガー状に互いに平行に形成された複数のソース電極１１と、
平面視において、上記ソース電極１１と上記ドレイン電極１２との間にそれぞれ形成されたゲート電極１３と、
上記窒化物半導体層２上に、上記ソース電極１１、上記ドレイン電極１２、および上記ゲート電極１３を覆うように形成された絶縁膜７と、
上記絶縁膜７上かつ上記ドレイン電極１２の長手方向の一方の側に形成されたソースパッド２１と、
上記絶縁膜７上かつ上記ドレイン電極１２の長手方向の他方の側に形成されたドレインパッド２２と、
上記各ソース電極１１の一部の領域上に形成され、上記各ソース電極１１と上記ソースパッド２１を接続するソースコンタクト部２１Ｂと、
上記各ドレイン電極１２の一部の領域上に形成され、上記各ドレイン電極１２と上記ドレインパッド２２を接続するドレインコンタクト部２２Ｂと
を備え、
上記ドレインコンタクト部２２Ｂにおける上記ソースパッド２１の主部２１１に最も近い端２２Ｂ１は、上記ソースコンタクト部２１Ｂにおける上記ドレインパッド２２の主部２２１に最も近い端２１Ｂ１よりも上記ソースパッド２１の主部２１１側に位置していることを特徴としている。

本発明の窒化物半導体装置によれば、ドレインコンタクト部２２Ｂにおけるソースパッド２１の主部２１１に最も近い端２２Ｂ１は、ソースコンタクト部２１Ｂにおけるドレインパッド２２の主部２２１に最も近い端２１Ｂ１よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。ソース電極１１とドレイン電極１２とを短絡させたとき、第２のドレインコンタクト部２２Ｂの端２２Ｂ１よりソースパッド２１の主部２１１側のドレインコンタクト部近傍領域３０２のドレイン電極１２内を流れる電流が多くなる。また、第２のソースコンタクト部２１Ｂの端２１Ｂ１よりドレインパッド２２の主部２２１側のソースコンタクト部近傍領域３０１のソース電極１１内を流れる電流が多くなる。ソースコンタクト部近傍領域３０１とドレインコンタクト部近傍領域３０２とがソース電極１１のフィンガー部１１Ａの長手方向において離隔しているので、ソース電極１１内およびドレイン電極１２内を流れる電流が半導体素子の中央部など一部の領域に集中するのを抑制できる。したがって、ソース電極１１およびドレイン電極１２の厚さを大きくすることなく、窒化物半導体装置の短絡耐量特性を向上できて、ソース電極１１およびドレイン電極１２の熱による変形の可能性を低減できる。

また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記ドレインコンタクト部２２Ｂにおける上記ソースパッド２１の主部２１１に最も近い端２２Ｂ１は、上記各ドレイン電極１２の長手方向の中央よりも上記ソースパッド２１の主部２１１側に位置し、
上記ソースコンタクト部２１Ｂにおける上記ドレインパッド２２の主部２２１に最も近い端２１Ｂ１は、上記各ソース電極１１Ａの長手方向の中央よりも上記ドレインパッド２２の主部２２１側に位置し、
上記各ドレイン電極１２の長手方向の中央の位置と、上記各ソース電極１１Ａの長手方向の中央の位置とが長手方向において一致している。

上記実施形態によれば、ドレインコンタクト部２２Ｂの端２２Ｂ１は、各ドレイン電極１２の長手方向の中央よりも上記ソースパッド２１の主部２１１側に位置している。ソースコンタクト部２１Ｂの端２１Ｂ１は、各ソース電極１１Ａの長手方向の中央よりもドレインパッド２２の主部２２１側に位置している。各ドレイン電極１２の長手方向の中央の位置と、各ソース電極１１Ａの長手方向の中央の位置とが長手方向において一致している。このため、ソースコンタクト部近傍領域３０１とドレインコンタクト部近傍領域３０２とは、ドレイン電極１２の長手方向において離隔しているので、ソース電極１１内およびドレイン電極１２内を流れる電流が半導体素子の中央部など一部の領域に集中するのをより確実に抑制できる。したがって、ソース電極１１およびドレイン電極１２の厚さを大きくすることなく、窒化物半導体装置の短絡耐量特性をより確実に向上できて、ソース電極１１およびドレイン電極１２の熱による変形の可能性を低減できる。

また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記ソースコンタクト部２１Ａ，２１Ｂは、上記ソース電極１１Ａの長手方向に間隔をあけて複数形成され、
上記ドレインコンタクト部２２Ａ，２２Ｂは、上記ドレイン電極１２の長手方向に間隔をあけて複数形成され、
上記各ドレイン電極１２の複数の上記ドレインコンタクト部２２Ａ，２２Ｂのうち上記ソースパッド２１の主部２１１に最も近いドレインコンタクト部２２Ｂは、上記各ソース電極１１の複数の上記ソースコンタクト部２１Ａ，２１Ｂのうち上記ドレインパッド２２の主部２２１に最も近いソースコンタクト部２１Ｂよりも上記ソースパッド２１の主部２１１側に位置している。

上記実施形態によれば、ソースコンタクト部２１Ａ，２１Ｂは、ソース電極１１Ａの長手方向に間隔をあけて複数形成され、ドレインコンタクト部２２Ａ，２２Ｂは、ドレイン電極１２の長手方向に間隔をあけて複数形成されている。このため、抵抗の大きい窒化物半導体層２上のソース電極１１およびドレイン電極１２よりも、抵抗の小さいソースパッド２１およびドレインパッド２２に、より多くの電流が流れるようにして、素子全体として抵抗を小さくすることができる。

また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記各ドレイン電極１２の複数の上記ドレインコンタクト部２２Ａ，２２Ｂのうち上記ソースパッド２１の主部２１１に最も近いドレインコンタクト部２２Ｂは、上記各ドレイン電極１２の長手方向の中央よりも上記ソースパッド２１の主部２１１側に位置し、上記各ソース電極１１の複数の上記ソースコンタクト部２１Ａ，２１Ｂのうち上記ドレインパッド２２の主部２２１に最も近いソースコンタクト部２１Ｂは、上記各ソース電極１１Ａの長手方向の中央よりも上記ドレインパッド２２の主部２２１側に位置し、上記各ドレイン電極１２の長手方向の中央の位置と、上記各ソース電極１１Ａの長手方向の中央の位置とが長手方向において一致している。

上記実施形態によれば、ドレインコンタクト部２２Ｂは、各ドレイン電極１２の長手方向の中央よりもソースパッド２１の主部２１１側に位置している。ソースコンタクト部２１Ｂは、各ソース電極１１Ａの長手方向の中央よりもドレインパッド２２の主部２２１側に位置している。各ドレイン電極１２の長手方向の中央の位置と、各ソース電極１１Ａの長手方向の中央の位置とが長手方向において一致している。このため、ソースコンタクト部近傍領域３０１とドレインコンタクト部近傍領域３０２とは、ドレイン電極１２の長手方向において離隔しているので、ソース電極１１内およびドレイン電極１２内を流れる電流が半導体素子の中央部など一部の領域に集中するのをより確実に抑制できる。したがって、ソース電極１１およびドレイン電極１２の厚さを大きくすることなく、窒化物半導体装置の短絡耐量特性をより確実に向上できて、ソース電極１１およびドレイン電極１２の熱による変形の可能性を低減できる。

なお、上記第１から第３実施形態では、ソース電極１１およびドレイン電極１２は、フィンガー状の電極であったが、略短冊形の電極であってもよい。

また、上記第１から第３実施形態では、Ｓｉ基板１は、平面視略長方形状を有していたが、これに限らず、例えば平面視略正方形状など、他の形状であってもよい。

また、上記第１から第３実施形態では、基板１としてＳｉ基板を用いたが、Ｓｉ基板に限らない。例えば、サファイヤ基板やＳｉＣ基板を用い、サファイヤ基板やＳｉＣ基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、ＧａＮ基板にＡｌＧａＮ層を成長させる等のように、Ｇａ系半導体からなる基板上にＧａ系半導体層を成長させてもよい。また、適宜、バッファ層を基板と各層間に形成してもよい。また、アンドープＧａＮ層とアンドープＡｌＧａＮ層との間に、ＡｌＮで作製したヘテロ改善層を形成してもよい。また、上記アンドープＡｌＧａＮ層上にＧａＮキャップ層を形成してもよい。

また、上記第１から第３実施形態では、ソース電極１１とドレイン電極１２は、Ｔｉ／Ａｌ／ＴｉＮ電極としたが、Ｔｉ／Ａｌ電極としてもよく、Ｈｆ／Ａｌ電極としてもよく、Ｔｉ／ＡｌＣｕ／ＴｉＮ電極としてもよい。また、上記ドレイン電極およびソース電極としては、Ｔｉ／ＡｌまたはＨｆ／Ａｌ上にＮｉ／Ａｕを積層したものとしてもよく、Ｔｉ／ＡｌまたはＨｆ／Ａｌ上にＰｔ／Ａｕを積層したものとしてもよく、Ｔｉ／ＡｌまたはＨｆ／Ａｌ上にＡｕを積層したものとしてもよい。

また、上記第１から第３実施形態では、ゲート電極１３をＷＮ／Ｗで作製したが、ＴｉＮで作製してもよい。また、ゲート電極をＴｉ／ＡｕやＮｉ／Ａｕで作製してもよい。

また、上記第１から第３実施形態では、ゲート電極１３は、ショットキー電極構造であったが、ゲート絶縁膜を窒化物半導体層との間に設けた絶縁ゲート電極構造であってもよい。

また、上記第１から第３実施形態では、絶縁膜７のソース電極１１上およびドレイン電極１２上の厚さＴは、３μｍであったが、１μｍ〜５μｍにしてもよい。

この発明の窒化物半導体装置は、２ＤＥＧを利用するＨＦＥＴであったが、これに限らず、他の構成の電界効果トランジスタであっても同様の効果が得られる。

この発明の窒化物半導体装置の窒化物半導体は、Ａl_ＸＩｎ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ(Ｘ≧０、Ｙ≧０、０≦Ｘ＋Ｙ≦１)で表されるものであればよい。

本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１Ｓｉ基板
２窒化物半導体層
３活性領域
７絶縁膜
１１，１１Ａソース電極
１２ドレイン電極
１３ゲート電極
２１Ａ第１のソースコンタクト部
２１Ｂ，２１Ｃ第２のソースコンタクト部
２１Ｄ第３のソースコンタクト部
２１Ｂ１，２１Ｃ１，２１Ｄ１端
２２Ａ第１のドレインコンタクト部
２２Ｂ，２２Ｃ第２のドレインコンタクト部
２２Ｄ第３のドレインコンタクト部
２２Ｂ１，２２Ｃ１，２２Ｄ１端
２１１，２２１主部

Claims

基板と、
上記基板上に形成されると共に活性領域を有する窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層の上記活性領域上にフィンガー状に互いに平行に形成された複数のドレイン電極と、
上記窒化物半導体層の上記活性領域上に、上記複数のドレイン電極の配列方向に上記複数のドレイン電極と交互に配列するようにフィンガー状に互いに平行に形成された複数のソース電極と、
平面視において、上記ソース電極と上記ドレイン電極との間にそれぞれ形成されたゲート電極と、
上記窒化物半導体層上に、上記ソース電極、上記ドレイン電極、および上記ゲート電極を覆うように形成された絶縁膜と、
上記絶縁膜上かつ上記ドレイン電極の長手方向の一方の側に形成されたソースパッドと、
上記絶縁膜上かつ上記ドレイン電極の長手方向の他方の側に形成されたドレインパッドと、
上記各ソース電極の一部の領域上に形成され、上記各ソース電極と上記ソースパッドを接続するソースコンタクト部と、
上記各ドレイン電極の一部の領域上に形成され、上記各ドレイン電極と上記ドレインパッドを接続するドレインコンタクト部と
を備え、
上記ドレインコンタクト部における上記ソースパッドの主部に最も近い端は、上記ソースコンタクト部における上記ドレインパッドの主部に最も近い端よりも上記ソースパッドの主部側に位置していることを特徴とする窒化物半導体装置。
請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
上記ドレインコンタクト部における上記ソースパッドの主部に最も近い端は、上記ドレイン電極の長手方向の中央よりも上記ソースパッドの主部側に位置し、
上記ソースコンタクト部における上記ドレインパッドの主部に最も近い端は、上記ソース電極の長手方向の中央よりも上記ドレインパッドの主部側に位置し、
上記各ドレイン電極の長手方向の中央の位置と、上記各ソース電極の長手方向の中央の位置とが長手方向において一致していることを特徴とする窒化物半導体装置。
請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
上記ソースコンタクト部は、上記ソース電極の長手方向に間隔をあけて複数形成され、
上記ドレインコンタクト部は、上記ドレイン電極の長手方向に間隔をあけて複数形成され、
上記各ドレイン電極の複数の上記ドレインコンタクト部のうち上記ソースパッドの主部に最も近いドレインコンタクト部は、上記各ソース電極の複数の上記ソースコンタクト部のうち上記ドレインパッドの主部に最も近いソースコンタクト部よりも上記ソースパッドの主部側に位置していることを特徴とする窒化物半導体装置。
請求項３に記載の窒化物半導体装置において、
上記各ドレイン電極の複数の上記ドレインコンタクト部のうち上記ソースパッドの主部に最も近いドレインコンタクト部は、上記ドレイン電極の長手方向の中央よりも上記ソースパッドの主部側に位置し、
上記各ソース電極の複数の上記ソースコンタクト部のうち上記ドレインパッドの主部に最も近いソースコンタクト部は、上記ソース電極の長手方向の中央よりも上記ドレインパッドの主部側に位置し、
上記各ドレイン電極の長手方向の中央の位置と、上記各ソース電極の長手方向の中央の位置とが長手方向において一致していることを特徴とする窒化物半導体装置。