專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別涉及使用了具備保護(hù)元件的氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置
背景技術(shù)：
氮化物半導(dǎo)體是指由作為III族元素的鋁(Al)、硼⑶、鎵(Ga)或銦( )，和作為 V族元素的氮(N)的化合物構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體，通式由BwAlxGiiyhzN(其中，w+x+y+z = 1， O彡w、χ、y、ζ彡1)來(lái)表示。因?yàn)榈锇雽?dǎo)體的帶隙較大，所以具有高擊穿電壓、高電子飽和速度和高電子 移動(dòng)性以及異質(zhì)結(jié)中的高電子濃度等優(yōu)點(diǎn)。此外，通過(guò)使III族元素的組成比變化，從而能 夠得到帶隙的大小不同的氮化物半導(dǎo)體。層疊了具有不同帶隙的氮化物半導(dǎo)體而得到的異 質(zhì)結(jié)構(gòu)造或?qū)⑦@些層疊了多層而得到的量子阱構(gòu)造或超晶格構(gòu)造，能夠控制元件內(nèi)的電子 濃度的調(diào)制度。因此，針對(duì)向短波長(zhǎng)發(fā)光元件、高輸出高頻元件和高頻低噪聲放大元件等的 應(yīng)用正在進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。作為使用了異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的半導(dǎo)體元件的一種存在異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Hetero Junction Field Effect Transistor :HFET)。HFET是高速動(dòng)作的元件，被期待應(yīng)用于高輸 出元件、電源開(kāi)關(guān)元件、高頻電源設(shè)備和高頻低噪聲放大器等。在半導(dǎo)體裝置中尋求微型化，使用于這種用途的HFET也不例外。但是，使用了氮 化物半導(dǎo)體的HFET存在控制電極(柵極電極)的電涌耐壓這種制約，控制電極的微型化存 在限度。特別是在電源開(kāi)關(guān)元件等的情況下，尋求進(jìn)一步提高電涌抗性。作為提高使用了氮化物半導(dǎo)體的HFET的電涌抗性的方法，對(duì)控制電極連接保護(hù) 用的二極管的方法被熟知。為了半導(dǎo)體裝置的小型化，也研究了使用在與HFET相同基板上 形成的pn結(jié)二極管，來(lái)作為保護(hù)用的二極管(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1。)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 JP特開(kāi)2007-59882號(hào)公報(bào)但是，具有所述以往的保護(hù)二極管的半導(dǎo)體裝置存在如下的問(wèn)題。為了充分保護(hù) HFET的控制電極不受電涌影響，需要能夠流過(guò)從數(shù)百mA到IA程度的電流的保護(hù)二極管。 若要形成具有這種大電流能力的pn結(jié)二極管，需要很大的元件面積，從而存在無(wú)法將半導(dǎo) 體裝置小型化的問(wèn)題。此外，還存在為了形成電流能力較大的pn結(jié)二極管，需要追加半導(dǎo) 體裝置的制造工序的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決所述的問(wèn)題，使得能夠?qū)⒈Ｗo(hù)元件的元件面積控制得較小 并且在不將制造工序復(fù)雜化的情況下實(shí)現(xiàn)電涌抗性較高的半導(dǎo)體裝置。為了達(dá)成所述目的，本發(fā)明使半導(dǎo)體裝置成為將具有由二維電子氣層構(gòu)成的溝道 的晶體管用作保護(hù)元件的結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，具備第1晶體管，其具有在半導(dǎo)體層層疊體中的第1元件區(qū)域上形成的第1歐姆電極、第1柵極電極以及第2歐姆電極；和第1保 護(hù)元件，其形成于半導(dǎo)體層層疊體，連接于第1柵極電極和第1歐姆電極之間，在對(duì)第1柵 極電極施加了過(guò)大的電壓時(shí)形成釋放電流的電流通路；第1保護(hù)元件包括在與半導(dǎo)體層層 疊體中的第1元件區(qū)域分離的第2元件區(qū)域上形成的第2晶體管，第2晶體管具有形成于 第2元件區(qū)域上的第1保護(hù)元件歐姆電極、第1保護(hù)元件柵極電極以及第2保護(hù)元件歐姆 電極，第2保護(hù)元件歐姆電極與第1柵極電極連接，第1保護(hù)元件歐姆電極與第1歐姆電極 連接，第1保護(hù)元件柵極電極與第1保護(hù)元件歐姆電極和第2保護(hù)元件歐姆電極的至少一 方連接，半導(dǎo)體層層疊體具有在基板上依次形成的第1半導(dǎo)體層和與第1半導(dǎo)體層相比帶 隙更大的第2半導(dǎo)體層，第2元件區(qū)域的面積小于第1元件區(qū)域的面積。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有連接于第1晶體管的第1柵極電極和第1歐姆電極之間 的第2晶體管。第2晶體管的第1保護(hù)元件柵極電極與第1保護(hù)元件歐姆電極和第2保護(hù) 元件歐姆電極的至少一方連接。因此，在對(duì)第1柵極電極施加了過(guò)大的電壓的情況下，第2 晶體管成為導(dǎo)通狀態(tài)，能夠形成釋放電流的電流通路。此外，因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)作為第2晶體管 的溝道的二維電子氣層，所以在第2晶體管的尺寸較小的情況下也能夠流過(guò)較大的電流。 并且，第2晶體管能夠通過(guò)與第1晶體管相同的工序來(lái)形成。因此，能夠?qū)⒈Ｗo(hù)元件的元件 面積控制得較小并且能夠不將制造工序復(fù)雜化地實(shí)現(xiàn)電涌抗性較高的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，也可以為如下結(jié)構(gòu)第1柵極電極形成于在第1元件區(qū)域 上選擇性地形成的第Ip型半導(dǎo)體層上，第1保護(hù)元件柵極電極形成于在第2元件區(qū)域上選 擇性地形成的第2p型半導(dǎo)體層上。通過(guò)成為這種結(jié)構(gòu)，能夠容易地使第1晶體管和第2晶 體管成為常閉型。在此情況下，也可以為如下結(jié)構(gòu)第Ip型半導(dǎo)體層形成于在第1元件區(qū)域形成的 第1柵極凹槽部，第2p型半導(dǎo)體層形成于在第2元件區(qū)域形成的第2柵極凹槽部。并且，第2柵極凹槽部也可以比第1柵極凹槽部更深。通過(guò)成為這種結(jié)構(gòu)，能夠使 第1晶體管的閾值電壓和第2晶體管的閾值電壓成為不同的值。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，也可以為如下結(jié)構(gòu)第1柵極電極形成于在第1元件區(qū) 域上選擇性地形成的第1柵極絕緣膜上，第1保護(hù)元件柵極電極形成于在第2元件區(qū)域上 選擇性地形成的第2柵極絕緣膜上。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，也能夠容易地使第1晶體管和 第2晶體管成為常閉型。在此情況下，第2柵極絕緣膜的膜厚也可以比第1柵極絕緣膜更厚。通過(guò)成為這 種結(jié)構(gòu)，能夠使第1晶體管的閾值電壓和第2晶體管的閾值電壓成為不同的值。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，第1晶體管的閾值電壓和第2晶體管的閾值電壓也可 以不同。通過(guò)成為這種結(jié)構(gòu)，能夠確保第1晶體管的柵極電壓的范圍較大。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，也可以為第1保護(hù)元件柵極電極和第1保護(hù)元件歐姆 電極電位相等的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，也可以為如下結(jié)構(gòu)保護(hù)元件具有連接于第1保護(hù)元 件柵極電極和第1保護(hù)元件歐姆電極之間的第1閾值電壓調(diào)整電路，第1閾值電壓調(diào)整電 路包括在與半導(dǎo)體層層疊體中的第1元件區(qū)域和第2元件區(qū)域分離的第3元件區(qū)域形成的 第1 二極管，第1 二極管形成于第3元件區(qū)域上，具有與第1保護(hù)元件柵極電極連接的第1 陰極電極和隔著第3p型半導(dǎo)體層而形成于第3元件區(qū)域上的第1陽(yáng)極電極。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，也可以為如下結(jié)構(gòu)保護(hù)元件具有連接于第1保護(hù)元 件柵極電極和第2保護(hù)元件歐姆電極之間的第2閾值電壓調(diào)整電路，第2閾值電壓調(diào)整電 路包括在與半導(dǎo)體層層疊體中的第1元件區(qū)域和第2元件區(qū)域分離的第4元件區(qū)域上形成 的第2 二極管，第2 二極管形成于第4元件區(qū)域上，具有與第1保護(hù)元件柵極電極連接的第 2陰極電極和隔著第3p型半導(dǎo)體層而形成于第4元件區(qū)域上的第2陽(yáng)極電極。通過(guò)成為這 種結(jié)構(gòu)，能夠針對(duì)正電涌來(lái)保護(hù)第1晶體管。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，也可以為如下結(jié)構(gòu)保護(hù)元件具有連接于第1保護(hù)元 件柵極電極與第1保護(hù)元件歐姆電極之間的第1閾值電壓調(diào)整電路以及連接于第1保護(hù)元 件柵極電極與第2保護(hù)元件歐姆電極之間的第2閾值電壓調(diào)整電路，第1閾值電壓調(diào)整電 路包括在與半導(dǎo)體層層疊體中的第1元件區(qū)域和第2元件區(qū)域分離的第3元件區(qū)域形成的 第1 二極管，第2閾值電壓調(diào)整電路包括在與半導(dǎo)體層層疊體中的第1元件區(qū)域和第2元件 區(qū)域分離的第4元件區(qū)域上形成的第2 二極管，第1 二極管形成于第3元件區(qū)域上，具有與 第1保護(hù)元件柵極電極連接的第1陰極電極和隔著第3p型半導(dǎo)體層而形成于第3元件區(qū) 域上的第1陽(yáng)極電極，第2 二極管形成于第4元件區(qū)域上，具有與第1保護(hù)元件柵極電極連 接的第2陰極電極和隔著第3p型半導(dǎo)體層而形成于第4元件區(qū)域上的第2陽(yáng)極電極。通 過(guò)成為這種結(jié)構(gòu)，能夠針對(duì)正電涌和負(fù)電涌來(lái)保護(hù)第1晶體管。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，也可以為如下結(jié)構(gòu)第1歐姆電極具有相互并聯(lián)連接 的多個(gè)第1歐姆電極指，第2歐姆電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第2歐姆電極指，第1柵極 電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第1柵極電極指，第1歐姆電極指與第2歐姆電極指交替地 配置，第1柵極電極指配置于第1歐姆電極指和第2歐姆電極指之間。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，也可以為如下結(jié)構(gòu)第1晶體管具有第1歐姆電極焊 盤(pán)，其與第1歐姆電極連接；第2歐姆電極焊盤(pán)，其與第2歐姆電極連接；和第1柵極電極焊 盤(pán)，其與第1柵極電極連接，第1歐姆電極焊盤(pán)以覆蓋第2元件區(qū)域上的方式形成。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，也可為如下結(jié)構(gòu)還具備第2保護(hù)元件，其形成于半導(dǎo)體層 層疊體，第1晶體管具有形成于第1柵極電極和第2歐姆電極之間的第2柵極電極，第2保 護(hù)元件具有在與第1元件區(qū)域和第2元件區(qū)域分離，且面積小于第1元件區(qū)域的第5元件 區(qū)域形成的第3晶體管，第3晶體管具有形成于第5元件區(qū)域上的第3保護(hù)元件歐姆電極、 第2保護(hù)元件柵極電極和第4保護(hù)元件歐姆電極，第4保護(hù)元件歐姆電極與第2柵極電極 連接，第3保護(hù)元件歐姆電極與第2歐姆電極連接，第2保護(hù)元件柵極電極與第3保護(hù)元件 歐姆電極和第4保護(hù)元件歐姆電極的至少一方連接。通過(guò)成為這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)電涌抗 性較高的雙方向開(kāi)關(guān)。在此情況下，也可以為如下結(jié)構(gòu)第1歐姆電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第1歐姆 電極指，第2歐姆電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第2歐姆電極指，第1柵極電極具有相互并 聯(lián)連接的多個(gè)第1柵極電極指，第2柵極電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第2柵極電極指，第 1歐姆電極指與第2歐姆電極指交替地配置，第1柵極電極指和第2柵極電極指相互留有間 隔地配置于第1歐姆電極指和第2歐姆電極指之間。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，也可以為如下結(jié)構(gòu)第1晶體管具有第1歐姆電極焊 盤(pán)，其與第1歐姆電極連接；第2歐姆電極焊盤(pán)，其與第2歐姆電極連接；第1柵極電極焊 盤(pán)，其與第1柵極電極連接；和第2柵極電極焊盤(pán)，其與第2柵極電極連接，第1歐姆電極焊盤(pán)以覆蓋第2元件區(qū)域上的方式形成，第2歐姆電極焊盤(pán)以覆蓋第5元件區(qū)域上的方式形 成。本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，能夠?qū)⒈Ｗo(hù)元件的元件面積控制得較小并且能夠不 將制造工序復(fù)雜化地實(shí)現(xiàn)電涌抗性較高的半導(dǎo)體裝置。


圖1是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖2是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的等效電路圖。圖3是表示第1實(shí)施方式所涉及的保護(hù)元件的電壓電流特性的圖。圖4是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的布局中的一個(gè)例子的平面圖。圖5是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的布局中的一個(gè)例子的平面圖。圖6是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖。圖7是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖。圖8是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖。圖9是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖。圖10是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的等效電路圖。圖11是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖。圖12是表示第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例中的布局的一個(gè)例子的 平面圖。圖13是表示第2實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的等效電路圖。圖14是表示第2實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖15是表示第2實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的等效電路圖。圖16是表示第2實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例中的布局的一個(gè)例子的 平面圖。圖17是表示第3實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的等效電路圖。圖18是表示第3實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖19是表示第3實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置中的布局的一個(gè)例子的平面圖。圖20是表示第3實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的等效電路圖。圖21是表示第3實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的等效電路圖。圖22是表示第3實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的等效電路圖。符號(hào)說(shuō)明101基板102半導(dǎo)體層層疊體103第1半導(dǎo)體層104第2半導(dǎo)體層106A第1元件區(qū)域106B第2元件區(qū)域106C第3元件區(qū)域106D第4元件區(qū)域
106E第5元件區(qū)域
106F第6元件區(qū)域
107元件分離區(qū)域
108AP型半導(dǎo)體層
108BP型半導(dǎo)體層
109A柵極絕緣膜
109B柵極絕緣膜
110被保護(hù)元件
111第1晶體管
113A第1歐姆電極
113B第2歐姆電極
115柵極電極
118A布線
118B布線
120保護(hù)元件
121第2晶體管
123A第1保護(hù)元件歐姆電極
123B第2保護(hù)元件歐姆電極
125保護(hù)元件柵極電極
131A第1歐姆電極指
131B第2歐姆電極指
132柵極電極指
133A第1歐姆電極焊盤(pán)
133B第2歐姆電極焊盤(pán)
134柵極布線
135柵極電極焊盤(pán)
141閾值電壓調(diào)整電路
142閾值電壓調(diào)整電路
145A陰極電極
145B陰極電極
145C陰極電極
145D陰極電極
146A陽(yáng)極電極
146B陽(yáng)極電極
146C陽(yáng)極電極
146D陽(yáng)極電極
147AP型半導(dǎo)體層
147BP型半導(dǎo)體層
147CP型半導(dǎo)體層
147DP型半導(dǎo)體層
151A二極管
151B二極管
151C二極管
151D二極管
206A第1元件區(qū)域
206B第2元件區(qū)域
206C第3元件區(qū)域
211第1晶體管
213A第1歐姆電極
213B第2歐姆電極
215A第1柵極電極
215B第2柵極電極
218A布線
218B布線
218C布線
218D布線
220A第1保護(hù)元件
220B第2保護(hù)元件
221A第2晶體管
221B第3晶體管
223A第1保護(hù)元件歐姆電極
223B第2保護(hù)元件歐姆電極
223C第3保護(hù)元件歐姆電極
223D第4保護(hù)元件歐姆電極
225A第1保護(hù)元件柵極電極
225B第2保護(hù)元件柵極電極
231A第1歐姆電極指
231B第2歐姆電極指
232A第1柵極電極指
232B第2柵極電極指
233A第1歐姆電極焊盤(pán)
233B第2歐姆電極焊盤(pán)
234A第1柵極布線
234B第2柵極布線
235A第1柵極電極焊盤(pán)
235B第2柵極電極焊盤(pán)
241閾值電壓調(diào)整電路
242閾值電壓調(diào)整電路
251A二極
251B二極
251C二極
251D二極
具體實(shí)施例方式(第1實(shí)施方式)參照附圖對(duì)第1實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示了第1實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝 置的剖面結(jié)構(gòu)。如圖1所示，在硅基板等的基板101上形成有半導(dǎo)體層層疊體102。半導(dǎo)體 層層疊體102具有第1半導(dǎo)體層103和帶隙比第1半導(dǎo)體層103大的第2半導(dǎo)體層104。在 第1半導(dǎo)體層103中的與第2半導(dǎo)體層104的界面附近，形成高濃度的二維電子氣ODEG) 層。第1半導(dǎo)體層103為例如厚度為1 μ m的GaN即可，第2半導(dǎo)體層104為例如厚度為 25nm 的 AlGaN 即可。半導(dǎo)體層層疊體102具有被元件分離區(qū)域107包圍的第1元件區(qū)域106A和第2 元件區(qū)域106B。元件分離區(qū)域107，對(duì)半導(dǎo)體層層疊體102注入硼或鐵等的離子來(lái)形成即 可，元件分離區(qū)域107是比半導(dǎo)體層層疊體102的其他部分電阻高的區(qū)域。因此，第1元件 區(qū)域106A中的2DEG層與第2元件區(qū)域106B中的2DEG層獨(dú)立。在第1元件區(qū)域106A上，相互留有間隔地形成了第1歐姆電極113A和第2歐姆 電極113B，在第1歐姆電極113A和第2歐姆電極113B之間形成有柵極電極115。由此，形 成以2DEG層為溝道的HFET、即第1晶體管111。另外，第1歐姆電極113A和第2歐姆電極 113B只要與2DEG層形成歐姆結(jié)即可，也可以形成于凹槽部(U力力部)。在第2元件區(qū)域106B上，相互留有間隔地形成了第1保護(hù)元件歐姆電極123A和第 2保護(hù)元件歐姆電極123B，在第1保護(hù)元件歐姆電極123A和第2保護(hù)元件歐姆電極12 之 間形成有保護(hù)元件柵極電極125。由此，形成以2DEG層為溝道的HFET、即第2晶體管121。 另外，第1保護(hù)元件歐姆電極123A和第2保護(hù)元件歐姆電極12 只要與2DEG層形成歐姆 結(jié)即可，也可以形成于凹槽部。第2晶體管121連接于第1晶體管111的柵極電極115和第1歐姆電極113A之 間。具體來(lái)說(shuō)，第2保護(hù)元件歐姆電極12 通過(guò)布線118A與柵極電極115連接，第1保護(hù) 元件歐姆電極123A和保護(hù)元件柵極電極125通過(guò)布線118B與第1歐姆電極113A連接。接下來(lái)，對(duì)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖2是以等效電路的形式 表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置。在作為被保護(hù)元件Iio的第1晶體管111的柵極電極115 和第1歐姆電極113A之間，連接有作為保護(hù)元件120的第2晶體管121。第2晶體管121 的第2保護(hù)元件歐姆電極12 與第1晶體管111的柵極電極115連接，第2晶體管121的 第1保護(hù)元件歐姆電極123A和保護(hù)元件柵極電極125，與第1晶體管111的第1歐姆電極 113A連接。在此，第1晶體管111是在對(duì)柵極電極115施加了正的電壓Vthl的情況下在第1 歐姆電極113A和第2歐姆電極11 之間流過(guò)電流的常閉型的晶體管。此外，第2晶體管 121是在對(duì)保護(hù)元件柵極電極125施加了正的電壓Vth2的情況下在第1保護(hù)元件歐姆電極 123A和第2保護(hù)元件歐姆電極12 之間流過(guò)電流的常閉型的晶體管。
如圖2所示，因?yàn)榈?晶體管121的保護(hù)元件柵極電極125直接與第1保護(hù)元件 歐姆電極123A連接，所以保護(hù)元件柵極電極125的電位與第1保護(hù)元件歐姆電極123A的 電位相等。因此，施加于第2保護(hù)元件歐姆電極12 與第1保護(hù)元件歐姆電極123A之間 的電壓Vffi,，與在第2保護(hù)元件歐姆電極12 與第1保護(hù)元件歐姆電極123A之間流過(guò)的 電流Iffi,的關(guān)系如圖3所示。在電壓Vffi,為正的情況下在第2保護(hù)元件歐姆電極12 和第1保護(hù)元件歐姆電極123A之間不流過(guò)電流。若電壓VQ2_Q1達(dá)到-Vth2，則第2晶體管 121的溝道成為導(dǎo)通狀態(tài)。因此，從第1保護(hù)元件歐姆電極123A向著第2保護(hù)元件歐姆電 極12 流過(guò)電流。因此，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，在對(duì)第1晶體管111的柵極電極115施加了絕對(duì) 值比第2晶體管121的閾值電壓Vth2大的負(fù)電涌的情況下，作為保護(hù)元件120的第2晶體 管121成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，形成了從柵極電極115向第1歐姆電極113A釋放電流的電流 通路，能夠?qū)⑹┘佑跂艠O電極115的負(fù)電涌向接地釋放。例如，若假設(shè)Vthl和Vth2為1. 5V, 則在對(duì)柵極電極115施加了低于-1.5V的負(fù)電涌的情況下，保護(hù)元件120成為導(dǎo)通狀態(tài)，第 1晶體管111被保護(hù)。另一方面，在施加于柵極電極115的電壓高于-1. 5V的情況下，保護(hù) 元件120保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)。因此，若在使第1晶體管111成為斷開(kāi)狀態(tài)的情況下使施加于柵 極電極115的電壓低于Vthl并且高于-Vth2，例如0V，則在通常的動(dòng)作時(shí)保護(hù)元件120不 會(huì)成為導(dǎo)通狀態(tài)，保護(hù)元件120不會(huì)對(duì)第1晶體管111的動(dòng)作產(chǎn)生影響。第2晶體管121的第1保護(hù)元件歐姆電極123A和第2保護(hù)元件歐姆電極12 之 間的電流路徑是由2DEG層構(gòu)成的溝道。因此，第2晶體管121能夠流過(guò)與通過(guò)pn結(jié)流過(guò) 電流的Pn結(jié)二極管相比大得多的電流。在pn結(jié)二極管的各電極的長(zhǎng)度與HFET的各電極 的長(zhǎng)度相等的情況下，HFET能夠流過(guò)1000倍程度的大電流。因此，即使在使作為保護(hù)元件 的第2晶體管121遠(yuǎn)小于第1晶體管111的情況下，也能夠確保充足的電流能力。因此，與 形成pn結(jié)二極管來(lái)作為保護(hù)元件的情況相比，能夠減小半導(dǎo)體裝置的尺寸。在本實(shí)施方式中，在基板101上形成作為被保護(hù)元件的第1晶體管111和作為保 護(hù)元件的第2晶體管121。但是，第1晶體管111和第2晶體管121能夠通過(guò)相同工藝形 成。因此，能夠得到如下優(yōu)點(diǎn)能夠基本不改變通常的半導(dǎo)體裝置的制造工序地形成具有保 護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置。在圖2中，為如下結(jié)構(gòu)第2晶體管121的保護(hù)元件柵極電極125與第1保護(hù)元件 歐姆電極123A直接連接，保護(hù)元件柵極電極125的電位與第1保護(hù)元件歐姆電極123A的 電位相等。但是，只要保護(hù)元件柵極電極125的電位與第1保護(hù)元件歐姆電極123A的電位 實(shí)質(zhì)相等即可，保護(hù)元件柵極電極125和第1保護(hù)元件歐姆電極123A也可以通過(guò)電阻等來(lái)連接。圖4表示了使第1晶體管111為多指型HFET的情況的布局的例子。第1晶體管 111的第1歐姆電極具有多個(gè)第1歐姆電極指131A，第2歐姆電極具有多個(gè)第2歐姆電極 指131B，柵極電極具有多個(gè)柵極電極指132。第1歐姆電極指131A和第2歐姆電極指131B 在第1元件區(qū)域106A上交替地配置，在第1歐姆電極指131A與第2歐姆電極指131B之間 形成有柵極電極指132。第1歐姆電極指131A與第1歐姆電極焊盤(pán)(electrode pad) 133A 連接，第2歐姆電極指131B與第2歐姆電極焊盤(pán)13 連接。柵極電極指132通過(guò)柵極布 線134與柵極電極焊盤(pán)135連接。
在半導(dǎo)體層層疊體102的第1歐姆電極焊盤(pán)133A和柵極電極焊盤(pán)135之間，形成 有小于第1元件區(qū)域106A的第2元件區(qū)域106B。在第2元件區(qū)域106B上形成有第1保護(hù) 元件歐姆電極123A、保護(hù)元件柵極電極125和第2保護(hù)元件歐姆電極12!3B。第2保護(hù)元件 歐姆電極12 通過(guò)布線118A與柵極電極焊盤(pán)135連接，第1保護(hù)元件歐姆電極123A和保 護(hù)元件柵極電極125通過(guò)布線118B與第2歐姆電極焊盤(pán)13 連接。若為這種結(jié)構(gòu)，則能夠緊湊地形成被保護(hù)元件和保護(hù)元件。第2元件區(qū)域106B的 面積只要根據(jù)需要的電流能力來(lái)決定即可，通常為第1元件區(qū)域106A的10分之1 50分 之1程度的大小就足夠。如圖5所示，第1歐姆電極焊盤(pán)133A也可以為覆蓋第2元件區(qū)域106B的一部分 的結(jié)構(gòu)。這樣一來(lái)，能夠進(jìn)一步縮小半導(dǎo)體裝置的尺寸。并且，也可以在第1元件區(qū)域106A 上形成第2歐姆電極焊盤(pán)13!3B。這樣一來(lái)，能夠進(jìn)一步縮小半導(dǎo)體裝置的尺寸。在本實(shí)施方式中，第1晶體管111和第2晶體管121優(yōu)選是閾值電壓為OV以上的 常閉型。通過(guò)調(diào)整第2半導(dǎo)體層104的膜厚，或者在柵極凹槽部形成柵極電極115和保護(hù) 元件柵極電極125，能夠使第1晶體管111和第2晶體管121成為常閉型。此外，也可以如 圖6所示，隔著ρ型的GaN等而構(gòu)成的ρ型半導(dǎo)體層108A而在第1元件區(qū)域106A上形成 柵極電極115，隔著ρ型半導(dǎo)體層108B而在第2元件區(qū)域106B上形成保護(hù)元件柵極電極 125。此外，也可以如圖7所示，隔著柵極絕緣膜109A而在第1元件區(qū)域106A上形成柵極 電極115，隔著柵極絕緣膜109B而在第2元件區(qū)域106B上形成保護(hù)元件柵極電極125。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，第1晶體管111的閾值電壓Vthl和第2晶體管 121的閾值電壓Vth2可以相等。但是，也可以使第1晶體管111的閾值電壓Vthl和第2晶 體管121的閾值電壓Vth2成為不同的值。例如，即使第1晶體管111為常閉型，也存在考 慮到噪聲的影響等而通過(guò)對(duì)柵極電極115施加負(fù)電壓來(lái)使第1晶體管111成為斷開(kāi)狀態(tài)的 情況。在此情況下，優(yōu)選提高第2晶體管121的閾值電壓Vth2，并增大第2晶體管121成為 導(dǎo)通狀態(tài)的電壓和為了使第1晶體管111成為斷開(kāi)狀態(tài)而施加于柵極電極115的電壓之間 的差。在使第1晶體管111的閾值電壓Vthl和第2晶體管121的閾值電壓Vth2成為不 同的值的情況下，如下進(jìn)行即可。在P型半導(dǎo)體層上形成柵極電極的情況下，P型半導(dǎo)體層 的厚度越厚并且P型半導(dǎo)體層與2DEG層的間隔越小則閾值電壓越高。因此，若如圖8所示 那樣在比P型半導(dǎo)體層108A更深的柵極凹槽部形成ρ型半導(dǎo)體層108B，則能夠使第2晶 體管121的閾值電壓Vth2高于第1晶體管111的閾值電壓Vthl。此外，柵極絕緣膜的膜 厚越厚則閾值電壓越高。因此，若如圖9所示那樣使柵極絕緣膜109B的膜厚比柵極絕緣膜 109A的膜厚更厚，則能夠使第2晶體管121的閾值電壓Vth2高于第1晶體管111的閾值電 壓 Vthl。此外，第1晶體管111也可以為閾值電壓Vthl小于OV的常開(kāi)型晶體管。在此情 況下，也使第2晶體管121的閾值電壓Vth2高于為了使第1晶體管111成為斷開(kāi)狀態(tài)而施 加的負(fù)電壓的絕對(duì)值即可。此外，也可以如圖10所示，通過(guò)閾值電壓調(diào)整電路141來(lái)連接保護(hù)元件柵極電極 125和第2保護(hù)元件歐姆電極12!3B。這樣一來(lái)，能夠使保護(hù)元件120成為導(dǎo)通狀態(tài)而形成 電流通路的電壓成為與第2晶體管121的閾值電壓Vth2不同的值。
如圖10所示，閾值電壓調(diào)整電路141由在保護(hù)元件柵極電極125和第2保護(hù)元件 歐姆電極12 之間串聯(lián)連接的兩個(gè)二極管151A和151B構(gòu)成。二極管151A和二極管151B 使陰極位于保護(hù)元件柵極電極125側(cè)來(lái)連接。因此，若施加于第2保護(hù)元件歐姆電極12 和第1保護(hù)元件歐姆電極123A之間的電壓VQ2_Q1小于-(Vth2+VonX2)則第2晶體管121成 為導(dǎo)通狀態(tài)。其中Von為二極管151A和二極管151B的導(dǎo)通電壓。例如，在Vth2為1. 5V， Von為1. 5V的情況下，若Vffi,低于-4. 5V則第2晶體管121成為導(dǎo)通狀態(tài)，形成電流通路。 另外，雖然對(duì)二極管151A和二極管151B的Von相等的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以不同。在使形成電流通路的電壓為-4. 5V的情況下，可以使為了使第1晶體管111成為 斷開(kāi)狀態(tài)而施加于柵極電極115的電壓成為-3V左右。像這樣，通過(guò)降低形成電流通路的 電壓，能夠降低為了使第1晶體管111成為斷開(kāi)狀態(tài)而施加于柵極電極115的電壓，且能夠 使由噪聲產(chǎn)生的誤動(dòng)作不容易產(chǎn)生。二極管151A和二極管151B，如圖11所示，形成于第3元件區(qū)域106C和第4元件 區(qū)域106D上即可。二極管151A形成于第3元件區(qū)域106C上，具有通過(guò)布線118C與保護(hù) 元件柵極電極125連接的陰極電極145A，和陽(yáng)極電極146A。二極管151B形成于第4元件 區(qū)域106D上，具有通過(guò)布線118D與二極管151A的陽(yáng)極電極146A連接的陰極電極145B，和 通過(guò)布線118E與第1保護(hù)元件歐姆電極123A連接的陽(yáng)極電極146B。陽(yáng)極電極146A和陽(yáng) 極電極146B分別形成于由ρ型的GaN等構(gòu)成的ρ型半導(dǎo)體層147Α和ρ型半導(dǎo)體層147Β 上。二極管151Α和二極管151Β是使用由ρ型半導(dǎo)體層和2DEG層形成的ρη結(jié)的ρη結(jié)二 極管。二極管151Α和二極管151Β只要能夠調(diào)整施加于保護(hù)元件柵極電極125上的電壓 即可，電流能力可以較小。因此，第3元件區(qū)域106C和第4元件區(qū)域106D的尺寸可以比第 2元件區(qū)域106Β更小。因此，例如如圖12所示，第3元件區(qū)域106C和第4元件區(qū)域106D 可以配置于第1歐姆電極焊盤(pán)133Α和柵極電極焊盤(pán)135之間。此外，也可以與第2元件區(qū) 域106Β —起形成于第1歐姆電極焊盤(pán)133Α的下面。也可以組合在ρ型半導(dǎo)體層上分別形成柵極電極115和保護(hù)元件柵極電極125的 結(jié)構(gòu)，和形成閾值電壓調(diào)整電路141的結(jié)構(gòu)。在此情況下，各ρ型半導(dǎo)體層可以通過(guò)共通的 工序來(lái)形成。此外，也可以組合在柵極絕緣膜上分別形成柵極電極115和保護(hù)元件柵極電 極125的結(jié)構(gòu)，和形成閾值電壓調(diào)整電路141的結(jié)構(gòu)。并且，也可以組合使第1晶體管111 的閾值電壓和第2晶體管121的閾值電壓成為不同的電壓的結(jié)構(gòu)，和形成閾值電壓調(diào)整電 路141的結(jié)構(gòu)。例如，若假設(shè)第1晶體管111的閾值電壓為1. 5V，第2晶體管121的閾值 電壓為4. 5V，二極管151Α和二極管151Β的導(dǎo)通電壓分別為1. 5V，則能夠使通過(guò)保護(hù)元件 120形成電流通路的電壓為-7. 5V。在此情況下，能夠使在使第1晶體管111成為斷開(kāi)狀態(tài) 時(shí)施加于柵極電極115上的柵極電壓成為-6V左右，因此能夠較大地確保對(duì)噪聲的容限。在圖10 圖12中，表示了閾值電壓調(diào)整電路141具有2個(gè)二極管的情況，但二 極管的個(gè)數(shù)根據(jù)保護(hù)元件120的動(dòng)作電壓來(lái)決定即可，既可以為1個(gè)，也可以為3個(gè)以上。 此外，也可以在閾值電壓調(diào)整電路141和保護(hù)元件柵極電極125或第1保護(hù)元件歐姆電極 123Α之間連接電阻元件等。(第2實(shí)施方式)在第1實(shí)施方式中，對(duì)在對(duì)柵極電極115施加了負(fù)電涌的情況下，保護(hù)第1晶體管111的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明。但是，通過(guò)成為圖13所示的那種結(jié)構(gòu)，在對(duì)柵極電極115施加了正 電涌的情況下，能夠保護(hù)第1晶體管111。在針對(duì)正電涌來(lái)保護(hù)第1晶體管111的情況下， 如圖13所示那樣將第2晶體管121的保護(hù)元件柵極電極125通過(guò)閾值電壓調(diào)整電路142 與第2保護(hù)元件歐姆電極12 連接即可。閾值電壓調(diào)整電路142由在保護(hù)元件柵極電極125和第2保護(hù)元件歐姆電極12 之間串聯(lián)連接的兩個(gè)二極管151C和151D構(gòu)成。二極管151C和二極管151D使陰極位于保 護(hù)元件柵極電極125側(cè)來(lái)連接。因此，若在第2保護(hù)元件歐姆電極12 和第1保護(hù)元件歐 姆電極123A之間施加的電壓VQ2_Q1大于Vth2+VonX 2則第2晶體管121成為導(dǎo)通狀態(tài)。其 中Von是二極管151C和二極管151D的導(dǎo)通電壓。例如，在Vth2為1.5V，Von為1. 5V的情 況下，若Vffi,高于4. 5V則第2晶體管121成為導(dǎo)通狀態(tài)，形成電流通路。另外，雖然對(duì)二 極管151C和二極管151D的Von相等的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以不同。二極管151C和二極管151D如圖14所示，形成于第5元件區(qū)域106E和第6元件 區(qū)域106F上即可。二極管151C具有形成于第5元件區(qū)域106E上的陰極電極145C，和通過(guò) 布線118F與第2保護(hù)元件歐姆電極12 連接的陽(yáng)極電極146C。二極管151D具有形成于 第6元件區(qū)域106F上，且通過(guò)布線118H與保護(hù)元件柵極電極125連接的陰極電極145D，和 通過(guò)布線118G與二極管151C的陰極電極145C連接的陽(yáng)極電極146D。陽(yáng)極電極146C和陽(yáng) 極電極146D分別形成于由ρ型GaN等構(gòu)成的ρ型半導(dǎo)體層147C和ρ型半導(dǎo)體層147D上。 二極管151C和二極管151D是使用由ρ型半導(dǎo)體層和2DEG層形成的ρη結(jié)的ρη結(jié)二極管。二極管151C和二極管151D只要能夠調(diào)整施加于保護(hù)元件柵極電極125上的電壓 即可，電流能力可以較小。因此，第5元件區(qū)域106Ε和第6元件區(qū)域106F的尺寸可以比第 2元件區(qū)域106Β更小。因此，第5元件區(qū)域106Ε和第6元件區(qū)域106F配置于第1歐姆電 極焊盤(pán)133Α和柵極電極焊盤(pán)135之間即可。此外，也可以與第2元件區(qū)域106Β —起形成 于第1歐姆電極焊盤(pán)133Α的下面。也可以組合在ρ型半導(dǎo)體層上分別形成柵極電極115和保護(hù)元件柵極電極125的 結(jié)構(gòu)，和形成閾值電壓調(diào)整電路142的結(jié)構(gòu)。在此情況下，各ρ型半導(dǎo)體層能夠通過(guò)共通的 工序來(lái)形成。此外，也可以組合在柵極絕緣膜上分別形成柵極電極115和保護(hù)元件柵極電 極125的結(jié)構(gòu)，和形成閾值電壓調(diào)整電路142的結(jié)構(gòu)。并且，也可以組合使第1晶體管111 的閾值電壓和第2晶體管121的閾值電壓成為不同的電壓的結(jié)構(gòu)，和形成閾值電壓調(diào)整電 路142的結(jié)構(gòu)。例如，若假設(shè)第1晶體管111的閾值電壓為1. 5V，第2晶體管121的閾值電 壓為4. 5V，二極管151C和二極管151D的導(dǎo)通電壓分別為1. 5，則能夠使通過(guò)保護(hù)元件120 形成電流通路的電壓成為7. 5V。在此情況下，能夠擴(kuò)大在使第1晶體管111成為導(dǎo)通狀態(tài) 時(shí)施加于柵極電極115上的柵極電壓的電壓范圍，能夠使使第1晶體管111成為導(dǎo)通狀態(tài) 時(shí)的柵極電壓成為3V 4. 5V程度的范圍的值。在第2晶體管121的閾值電壓Vth2充分高于第1晶體管111的閾值電壓Vthl的 情況下，也可以不通過(guò)閾值電壓調(diào)整電路142而直接連接保護(hù)元件柵極電極125和第2保 護(hù)元件歐姆電極12!3B。在圖13和圖14中，表示了閾值電壓調(diào)整電路142具有2個(gè)二極管的情況，但二 極管的個(gè)數(shù)根據(jù)保護(hù)元件120的動(dòng)作電壓來(lái)決定即可，既可以為1個(gè)，也可以為3個(gè)以上。 此外，也可以在閾值電壓調(diào)整電路142和保護(hù)元件柵極電極125或第2保護(hù)元件歐姆電極12 之間連接電阻元件等。并且，如圖15所示，若在保護(hù)元件柵極電極125與第1保護(hù)元件歐姆電極123A之 間連接閾值電壓調(diào)整電路141，在保護(hù)元件柵極電極125與第2保護(hù)元件歐姆電極12 之 間連接閾值電壓調(diào)整電路142，則能保護(hù)第1晶體管111不受正電涌和負(fù)電涌的影響。在此 情況下，為圖16所示那樣的布局即可。另外，雖然表示了閾值電壓調(diào)整電路141和閾值電 壓調(diào)整電路142都具有2個(gè)二極管的例子，但閾值電壓調(diào)整電路141所包含的二極管的個(gè) 數(shù)和閾值電壓調(diào)整電路142所包含的二極管的個(gè)數(shù)也可以不同。(第3實(shí)施方式)第1實(shí)施方式和第2實(shí)施方式對(duì)保護(hù)單柵極的晶體管的情況進(jìn)行了說(shuō)明，而對(duì)雙 柵極的晶體管也同樣地能夠進(jìn)行保護(hù)。圖17表示第3實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的電 路結(jié)構(gòu)，圖18表示了剖面結(jié)構(gòu)。此外，圖19表示了第3實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的布 局的一個(gè)例子。如圖17 圖19所示，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備雙柵極的第1晶體管 211，其具有第1柵極電極215A和第2柵極電極215B ；第1保護(hù)元件220A，其由連接于第1 晶體管211的第1柵極電極215A與第1歐姆電極213A之間的第2晶體管221A構(gòu)成；和第 2保護(hù)元件220B，其由連接于第2柵極電極215B與第2歐姆電極21 之間的第3晶體管 22IB構(gòu)成。在Si基板等基板101上，形成有具有依次層疊的由GaN等構(gòu)成的第1半導(dǎo)體層 103和第2半導(dǎo)體層104的半導(dǎo)體層層疊體102。第1晶體管211形成于半導(dǎo)體層層疊體 102的第1元件區(qū)域206A，第2晶體管221A形成于第2元件區(qū)域206B，第3晶體管221B形 成于第3元件區(qū)域206C上。第1元件區(qū)域206A、第2元件區(qū)域206B和第3元件區(qū)域206C 通過(guò)STI等元件分離區(qū)域107而相互分離。雙柵極的第1晶體管211通過(guò)對(duì)第1柵極電極215A和第2柵極電極215B施加規(guī) 定的偏壓，既能作為雙方向開(kāi)關(guān)來(lái)動(dòng)作，也能作為二極管來(lái)動(dòng)作。例如，通過(guò)在第1柵極電 極215A和第2柵極電極215B上，分別以第1歐姆電極213A為基準(zhǔn)來(lái)施加第1柵極電極 215A的閾值電壓以上的電壓，以第2歐姆電極21 為基準(zhǔn)來(lái)施加第2柵極電極215B的閾 值電壓以上的電壓，能夠使其進(jìn)行在第1歐姆電極213A和第2歐姆電極21 之間在雙方 向流過(guò)電流的雙方向通電動(dòng)作。另一方面，通過(guò)使施加于第1柵極電極215A和第2柵極電 極215B上的偏壓分別成為不到閾值電壓的電壓，能夠使其進(jìn)行在第1歐姆電極213A和第 2歐姆電極21 之間在雙方向不流過(guò)電流的雙方向遮斷動(dòng)作。此外，通過(guò)對(duì)第1柵極電極215A施加閾值電壓以上的電壓，并對(duì)第2柵極電極 215B施加不到閾值電壓的電壓，能夠使其進(jìn)行從第1歐姆電極213A向第2歐姆電極21 不流過(guò)電流，但從第2歐姆電極21 向第1歐姆電極213A流過(guò)電流的二極管動(dòng)作。通過(guò) 對(duì)第1柵極電極215A施加不到閾值電壓的電壓，并對(duì)第2柵極電極215B施加閾值電壓以 上的電壓，能夠使其進(jìn)行從第1歐姆電極213A向第2歐姆電極21 流過(guò)電流，但從第2歐 姆電極21 向第1歐姆電極213A不流過(guò)電流的二極管動(dòng)作。在本實(shí)施方式中第1晶體管211為在半導(dǎo)體層層疊體102的第1元件區(qū)域206A 上形成的多指的雙柵極晶體管。第1歐姆電極213A具有多個(gè)第1歐姆電極指231A，第2歐 姆電極21 具有多個(gè)第2歐姆電極指231B。第1柵極電極215A具有多個(gè)第1柵極電極指 232A，第2柵極電極215B具有多個(gè)第2柵極電極指232B。
第1歐姆電極指231A和第2歐姆電極指231B在第1元件區(qū)域206A上交替配置。 在第1歐姆電極指23IA和第2歐姆電極指23IB之間，形成有第1柵極電極指232A和第2 柵極電極指232B。第1歐姆電極指23IA與第1歐姆電極焊盤(pán)233A連接，第2歐姆電極指 23IB與第2歐姆電極焊盤(pán)23 連接。第1柵極電極指232A通過(guò)第1柵極布線234A與第 1柵極電極焊盤(pán)235A連接，第2柵極電極指232B通過(guò)第2柵極布線234B與第2柵極電極 焊盤(pán)235B連接。第2晶體管221A和第3晶體管221B形成于小于第1元件區(qū)域206A的第2元件 區(qū)域206B和第3元件區(qū)域206C。第2元件區(qū)域206B形成于半導(dǎo)體層層疊體102中的第1 歐姆電極焊盤(pán)233A與第1柵極電極焊盤(pán)235A之間。在第2元件區(qū)域206B上，形成有第1 保護(hù)元件歐姆電極223A、第1保護(hù)元件柵極電極225A以及第2保護(hù)元件歐姆電極223B。第 1保護(hù)元件歐姆電極223A通過(guò)布線218A與第1歐姆電極焊盤(pán)233A連接，第2保護(hù)元件歐 姆電極22 通過(guò)布線218B與第1柵極電極焊盤(pán)235A連接。第1保護(hù)元件柵極電極225A 和第1保護(hù)元件歐姆電極223A相互連接成為同電位。第3元件區(qū)域206C形成于半導(dǎo)體層 層疊體102中的第2歐姆電極焊盤(pán)23 與第2柵極電極焊盤(pán)235B之間。在第3元件區(qū)域 206C上，形成有第3保護(hù)元件歐姆電極223C、第2保護(hù)元件柵極電極225B和第4保護(hù)元件 歐姆電極223D。第3保護(hù)元件歐姆電極223C通過(guò)布線218C與第2歐姆電極焊盤(pán)23 連 接，第4保護(hù)元件歐姆電極223D通過(guò)布線218D與第2柵極電極焊盤(pán)235B連接。第2保護(hù) 元件柵極電極225B和第4保護(hù)元件歐姆電極223D相互連接成為同電位。通過(guò)成為這種結(jié)構(gòu)，能夠保護(hù)第1晶體管211的第1柵極電極215A和第2柵極電 極215B這兩者不受負(fù)電涌的影響。此外，能夠緊湊地形成被保護(hù)元件和保護(hù)元件。第2元 件區(qū)域206B和第3元件區(qū)域206C的尺寸根據(jù)需要的電流能力來(lái)決定即可，通常為第1元件 區(qū)域206A的10分之1 50分之1程度的大小就足夠。另外，第1保護(hù)元件柵極電極225A 和第1保護(hù)元件歐姆電極223A以及第2保護(hù)元件柵極電極225B和第4保護(hù)元件歐姆電極 223D只要分別實(shí)質(zhì)上為同電位即可，也可以通過(guò)電阻等來(lái)連接。在本實(shí)施方式中，也可以為第1歐姆電極焊盤(pán)233A覆蓋第2元件區(qū)域206B，第2 歐姆電極焊盤(pán)23 覆蓋第3元件區(qū)域206C的結(jié)構(gòu)。這樣一來(lái)能夠進(jìn)一步縮小半導(dǎo)體裝置 的尺寸。在本實(shí)施方式中，第1柵極電極215A、第2柵極電極215B、第1保護(hù)元件柵極電極 225A和第2保護(hù)元件柵極電極225B既可以形成于ρ型半導(dǎo)體層上，也可以形成于柵極絕緣 膜上。并且，第1柵極電極215Α的閾值電壓與第1保護(hù)元件柵極電極225Α的閾值電壓可 以不同，第2柵極電極215Β的閾值電壓與第2保護(hù)元件柵極電極225Β的閾值電壓也可以 不同。此外，也可以為第1柵極電極215Α的閾值電壓與第2柵極電極215Β的閾值電壓不 同的結(jié)構(gòu)。此外，如圖20所示，也可以在第1保護(hù)元件柵極電極225Α與第1保護(hù)元件歐姆 電極223Α之間以及第2保護(hù)元件柵極電極225Β與第3保護(hù)元件歐姆電極223C之間，分別 連接具有二極管251Α和二極管251Β的閾值電壓調(diào)整電路Ml。此外，為了保護(hù)第1晶體管211不受正電涌的影響，如圖21所示，也可以在第1保 護(hù)元件柵極電極225A與第2保護(hù)元件歐姆電極22 之間以及第2保護(hù)元件柵極電極225B 與第4保護(hù)元件歐姆電極223D之間，分別連接具有二極管251C和二極管251D的閾值電壓 調(diào)整電路對(duì)2。并且，為了保護(hù)第1晶體管211不受正負(fù)雙方的電涌的影響，如圖22所示，也可以連接閾值電壓調(diào)整電路241和閾值電壓調(diào)整電路M2。另外，閾值電壓調(diào)整電路241和閾值電壓調(diào)整電路242所包含的二極管的個(gè)數(shù)既 可以為1個(gè)，也可以為3個(gè)以上。此外，閾值電壓調(diào)整電路241所包含的二極管的個(gè)數(shù)與閾 值電壓調(diào)整電路242所包含的二極管的個(gè)數(shù)也可以不同。并且，與第1柵極電極215A連接 的閾值電壓調(diào)整電路241以及閾值電壓調(diào)整電路M2，和與第2柵極電極215B連接的閾值 電壓調(diào)整電路Ml以及閾值電壓調(diào)整電路M2也可以為不同的結(jié)構(gòu)。在各實(shí)施方式中表示了基板為Si基板的例子，但只要為能夠形成氮化物半導(dǎo)體 層的基板則怎樣的基板都可以，也可以為GaN基板、藍(lán)寶石基板或碳化硅(SiC)基板等。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置能夠?qū)⒈Ｗo(hù)元件的元件面積控制得較小，而且能夠不 將制造工序復(fù)雜化地實(shí)現(xiàn)電涌抗性較高的HFET，作為使用了具備保護(hù)元件的氮化物半導(dǎo)體 的半導(dǎo)體裝置等是有用的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其具備第1晶體管，其具有在半導(dǎo)體層層疊體中的第1元件區(qū)域上形成的第1歐姆電極、第1 柵極電極以及第2歐姆電極；和第1保護(hù)元件，其形成于所述半導(dǎo)體層層疊體，連接于所述第1柵極電極和所述第1歐 姆電極之間，在對(duì)所述第1柵極電極施加了過(guò)大的電壓時(shí)形成釋放電流的電流通路；所述第1保護(hù)元件包括在與所述半導(dǎo)體層層疊體中的所述第1元件區(qū)域分離的第2元 件區(qū)域形成的第2晶體管，所述第2晶體管具有在所述第2元件區(qū)域上形成的第1保護(hù)元件歐姆電極、第1保護(hù) 元件柵極電極以及第2保護(hù)元件歐姆電極，所述第2保護(hù)元件歐姆電極與所述第1柵極電極連接， 所述第1保護(hù)元件歐姆電極與所述第1歐姆電極連接，所述第1保護(hù)元件柵極電極與所述第1保護(hù)元件歐姆電極和第2保護(hù)元件歐姆電極的 至少一方連接，所述半導(dǎo)體層層疊體具有在基板上依次形成的第1半導(dǎo)體層和與所述第1半導(dǎo)體層相 比帶隙更大的第2半導(dǎo)體層，所述第2元件區(qū)域的面積小于所述第1元件區(qū)域的面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第1柵極電極形成于在所述第1元件區(qū)域上選擇性地形成的第Ip型半導(dǎo)體層上， 所述第1保護(hù)元件柵極電極形成于在所述第2元件區(qū)域上選擇性地形成的第2p型半 導(dǎo)體層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第Ip型半導(dǎo)體層形成于在所述第1元件區(qū)域上形成的第ι柵極凹槽部， 所述第2p型半導(dǎo)體層形成于在所述第2元件區(qū)域上形成的第2柵極凹槽部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第2柵極凹槽部比所述第1柵極凹槽部深。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第1柵極電極形成于在所述第1元件區(qū)域上選擇性地形成的第1柵極絕緣膜上， 所述第1保護(hù)元件柵極電極形成于在所述第2元件區(qū)域上選擇性地形成的第2柵極絕緣膜上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第2柵極絕緣膜比所述第1柵極絕緣膜厚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第1晶體管的閾值電壓與所述第2晶體管的閾值電壓不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第1保護(hù)元件柵極電極和所述第1保護(hù)元件歐姆電極電位相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 7的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第1保護(hù)元件具有連接于所述第1保護(hù)元件柵極電極和所述第1保護(hù)元件歐姆電 極之間的第1閾值電壓調(diào)整電路，所述第1閾值電壓調(diào)整電路包括在與所述半導(dǎo)體層層疊體中的所述第1元件區(qū)域和第2元件區(qū)域分離的第3元件區(qū)域形成的第1二極管，所述第1 二極管形成于所述第3元件區(qū)域上，具有與所述第1保護(hù)元件柵極電極連接 的第1陰極電極和隔著第3p型半導(dǎo)體層而形成于所述第3元件區(qū)域上的第1陽(yáng)極電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 7的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第1保護(hù)元件具有連接于所述第1保護(hù)元件柵極電極和所述第2保護(hù)元件歐姆電 極之間的第2閾值電壓調(diào)整電路，所述第2閾值電壓調(diào)整電路包括在與所述半導(dǎo)體層層疊體中的所述第1元件區(qū)域以及 第2元件區(qū)域分離的第4元件區(qū)域上形成的第2 二極管，所述第2 二極管形成于所述第4元件區(qū)域上，具有與所述第1保護(hù)元件柵極電極連接 的第2陰極電極和隔著第4p型半導(dǎo)體層而形成于所述第4元件區(qū)域上的第2陽(yáng)極電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 7的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第1保護(hù)元件具有連接于所述第1保護(hù)元件柵極電極與所述第1保護(hù)元件歐姆電 極之間的第1閾值電壓調(diào)整電路以及連接于所述第1保護(hù)元件柵極電極與所述第2保護(hù)元 件歐姆電極之間的第2閾值電壓調(diào)整電路，所述第1閾值電壓調(diào)整電路包括在與所述半導(dǎo)體層層疊體中的所述第1元件區(qū)域以及 第2元件區(qū)域分離的第3元件區(qū)域上形成的第1二極管，所述第2閾值電壓調(diào)整電路包括在與所述半導(dǎo)體層層疊體中的所述第1元件區(qū)域以及 第2元件區(qū)域分離的第4元件區(qū)域上形成的第2 二極管，所述第1 二極管形成于所述第3元件區(qū)域上，具有與所述第1保護(hù)元件柵極電極連接 的第1陰極電極和隔著第3p型半導(dǎo)體層而形成于所述第3元件區(qū)域上的第1陽(yáng)極電極，所述第2 二極管形成于所述第4元件區(qū)域上，具有與所述第1保護(hù)元件柵極電極連接 的第2陰極電極和隔著第4p型半導(dǎo)體層而形成于所述第4元件區(qū)域上的第2陽(yáng)極電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 7的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第1歐姆電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第1歐姆電極指， 所述第2歐姆電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第2歐姆電極指， 所述第1柵極電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第1柵極電極指， 所述第1歐姆電極指與所述第2歐姆電極指交替地配置，所述第1柵極電極指配置于所述第1歐姆電極指和所述第2歐姆電極指之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第1晶體管具有第1歐姆電極焊盤(pán)，其與所述第1歐姆電極連接；第2歐姆電極焊盤(pán)，其與所述第2歐姆電極連接；和第1柵極電極焊盤(pán)，其與所述第1柵極電極連接，所述第1歐姆電極焊盤(pán)以覆蓋所述第2元件區(qū)域上的方式形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備第2保護(hù)元件，其形成于所述半導(dǎo)體層層疊體，所述第1晶體管具有形成于所述第1柵極電極和所述第2歐姆電極之間的第2柵極電極，所述第2保護(hù)元件具有在與所述第1元件區(qū)域以及第2元件區(qū)域分離，且面積小于所述第1元件區(qū)域的第5元件區(qū)域形成的第3晶體管，所述第3晶體管具有形成于所述第5元件區(qū)域上的第3保護(hù)元件歐姆電極、第2保護(hù) 元件柵極電極和第4保護(hù)元件歐姆電極，所述第4保護(hù)元件歐姆電極與所述第2柵極電極連接， 所述第3保護(hù)元件歐姆電極與所述第1歐姆電極連接，所述第2保護(hù)元件柵極電極與所述第3保護(hù)元件歐姆電極以及第4保護(hù)元件歐姆電極 的至少一方連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第1歐姆電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第1歐姆電極指， 所述第2歐姆電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第2歐姆電極指， 所述第1柵極電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第1柵極電極指， 所述第2柵極電極具有相互并聯(lián)連接的多個(gè)第2柵極電極指， 所述第1歐姆電極指與所述第2歐姆電極指交替地配置，所述第1柵極電極指和第2柵極電極指相互留有間隔地配置于所述第1歐姆電極指和 所述第2歐姆電極指之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第1晶體管具有第1歐姆電極焊盤(pán)，其與所述第1歐姆電極連接；第2歐姆電極焊盤(pán)，其與所述第2歐姆電極連接；第1柵極電極焊盤(pán)，其與所述第1柵極電極連接；和第2柵極電極焊盤(pán)，其與所述第2柵極電極連接，所述第1歐姆電極焊盤(pán)以覆蓋所述第2元件區(qū)域上的方式形成，所述第2歐姆電極焊盤(pán)以覆蓋所述第5元件區(qū)域上的方式形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，其能夠?qū)⒈Ｗo(hù)元件的元件面積控制得較小并且能夠簡(jiǎn)化復(fù)雜工序地實(shí)現(xiàn)電涌抗性較高的半導(dǎo)體裝置。該半導(dǎo)體裝置具備形成于第1元件區(qū)域(106A)上的第1晶體管(111)和包括在第2元件區(qū)域(106B)形成的第2晶體管(121)的第1保護(hù)元件。第2保護(hù)元件歐姆電極(123B)與第1保護(hù)元件柵極電極(115)連接，第1保護(hù)元件歐姆電極(123A)與第1歐姆電極(113A)連接，第1保護(hù)元件柵極電極(115)與第1保護(hù)元件歐姆電極(123A)和第2保護(hù)元件歐姆電極(123B)的至少一方連接。第2元件區(qū)域(106B)的面積小于第1元件區(qū)域(106A)。
文檔編號(hào)H01L27/02GK102148227SQ20111003285
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者上本康裕, 井腰文智, 山際優(yōu)人, 柳原學(xué), 橋詰真吾 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社