氮化物半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體裝置具備：在氮化物半導(dǎo)體層之上形成的第1電極布線層以及第2電極布線層、在第1電極布線層以及第2電極布線層之上形成且具有第1開口部的第1絕緣膜、在第1絕緣膜之上形成且經(jīng)由第1開口部而與第1電極布線層以及第2電極布線層分別連接的第1布線層(17a)以及第2布線層(17b)、在第1布線層以及第2布線層之上形成且具有第2開口部的第2絕緣膜(18)、和在第2絕緣膜之上形成且經(jīng)由第2開口部而與第1布線層以及第2布線層分別連接的第1焊盤層(22a)以及第2焊盤層(22b)。
【專利說明】氮化物半導(dǎo)體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置，特別涉及具有在活性區(qū)域之上形成的電極焊盤(pad)的氮化物半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由一般式AlxGal-x_yInyN(其中，OSxS 1>0 ^ y ^ I 及 OS x+y ^ I)表示的II1-V族氮化物半導(dǎo)體，具有作為其物理特征的寬帶隙和直接遷移型的帶域構(gòu)造，因此被應(yīng)用于短波長光學(xué)元件。進(jìn)而，由于II1-V族氮化物半導(dǎo)體具有高的擊穿電場以及高的飽和電子速度這一特征，因此還在研究將其應(yīng)用于電子器件等。
[0003]特別是利用在半絕緣性基板之上依次外延生長的氮化鋁鎵(AlxGai_xN、其中O< X I)層與氮化鎵(GaN)層之間的界面所產(chǎn)生的二維電子氣(2Dimensional ElectronGas:2DEG)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(Hetero-junction Field Effect Transistor:HFET),作為高輸出器件及高頻器件而進(jìn)行著開發(fā)。在HFET中，不僅從載流子供給層(N型AlGaN肖特基層)供給電子，還通過基于自發(fā)極化以及壓電極化的極化效應(yīng)來供給電荷。因此，使用了 II1-V族氮化物半導(dǎo)體的HFET的電子密度超過1013em_2。這比使用了砷化鋁鎵(AlGaAs)以及砷化鎵(GaAs)的HFET要大一個量級左右。這樣，在使用了 II1-V族氮化物半導(dǎo)體的HFET中，能夠期待比使用了 GaAs的HFET高的漏極電流密度，最大漏極電流超過lA/mm的元件例如在非專利文獻(xiàn)I等中有所提到。再有，由于II1-V族氮化物半導(dǎo)體具有寬帶隙(例如GaN中為3.4eV)，還表現(xiàn)出高的耐壓特性，因此在使用了 II1-V族氮化物半導(dǎo)體的HFET中，能夠使得柵極電極與漏極電極之間的耐壓為100V以上。因此，正在研究將使用了 II1-V族氮化物半導(dǎo)體的HFET等的電子器件應(yīng)用在高頻元件、以及比以往更小且能夠處理大功率的元件。
[0004]根據(jù)這些特性，II1-V族氮化物半導(dǎo)體裝置能夠?qū)⒒钚詤^(qū)域的大小縮小至硅(Si)半導(dǎo)體裝置的三分之一至十分之一程度。但是，現(xiàn)有的II1-V族氮化物半導(dǎo)體裝置存在用于連接布線的電極焊盤所占的面積大、無法充分地小型化的這一問題。特別在流過大電流的功率器件的用途中，由于期望與電極焊盤連接的線材直徑以及帶狀尺寸較大，因此電極焊盤的減小是有界限的。
[0005]為此，例如專利文獻(xiàn)I等中提出了在活性區(qū)域之上形成電極焊盤的、所謂的單元上焊盤(pad on element)構(gòu)造。功率器件為了處理高電壓而采用單元上焊盤構(gòu)造的情況下，需要形成厚膜的層間膜，以免在電極焊盤與下層的電極之間發(fā)生漏電流。
[0006]此外，為了得到高效率的器件，必需降低器件的導(dǎo)通電阻。再有，在功率器件的用途中大電流化以及高耐壓化也是必要的。為了獲得這些特性，通過增大柵極寬度、且降低導(dǎo)通電阻，能夠獲得更大的最大電流。
[0007]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)I JP特開2008-177527號公報[0010]非專利文獻(xiàn)
[0011]非專利文獻(xiàn)1:安藤祐二、岡本康宏、宮本広信、中山達(dá)峰、井上隆、葛原正明著「高耐壓 AlGaN/GaN 異質(zhì)結(jié) FET 的評價」信學(xué)技報、ED2002-214, CPM2002-105 (2002-10),pp.29-34
[0012]發(fā)明的概要
[0013]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0014]但是，若將FET的柵極寬度直線狀延長，則因布線電阻引起的導(dǎo)通電阻會增大，無法充分降低導(dǎo)通電阻。此外，因源極電位的上升以及柵極電位的下降而柵極與源極之間的電壓差(AVGS)減小，由此，無法獲得通過柵極寬度的增大而被期待的最大電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明鑒于上述技術(shù)問題，其目的在于能夠獲得降低導(dǎo)通電阻、且單位柵極寬度的最大電流高的氮化物半導(dǎo)體裝置。
[0016]用于解決技術(shù)問題的手段
[0017]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將氮化物半導(dǎo)體裝置構(gòu)成為在電極布線層與焊盤層之間形成布線層。
[0018]具體而言，本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置具備:基板；氮化物半導(dǎo)體層，其形成在基板之上，具有活性區(qū)域；第I電極布線層以及第2電極布線層，其在氮化物半導(dǎo)體層中的活性區(qū)域之上交替分離地形成；第I絕緣膜，其形成在第I電極布線層以及第2電極布線層之上，具有使第I電極布線層以及第2電極布線層露出的多個第I開口部；第I布線層以及第2布線層，在第I絕緣膜之上彼此分離地形成，第I布線層經(jīng)由第I開口部而與第I電極布線層電連接且與第I電極布線層相交叉地延伸，第2布線層經(jīng)由第I開口部而與第2電極布線層電連接且與第2電極布線層相交叉地延伸；第2絕緣膜，其形成在第I布線層以及第2布線層之上，具有使第I布線層以及第2布線層露出的多個第2開口部；和第I焊盤層以及第2焊盤層，在第2絕緣膜之上彼此分離地形成，第I焊盤層經(jīng)由第2開口部而與第I布線層電連接且位于活性區(qū)域之上，第2焊盤層經(jīng)由第2開口部而與第2布線層電連接且位于活性區(qū)域之上。
[0019]根據(jù)本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置，具備在第I電極布線層以及第2電極布線層之上形成為分別與其連接的第I布線層以及第2布線層、在第I布線層以及第2布線層之上形成為分別與其連接的第I焊盤層以及第2焊盤層。因此，能夠減小與第I電極布線層以及第2電極布線層電連接的各布線層的布線長度，能夠增加表見上的布線數(shù)，能夠減小布線電阻。由此，能夠獲取導(dǎo)通電阻低且單位柵極寬度的最大電流充分高的氮化物半導(dǎo)體裝置。
[0020]在本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選第I布線層以及第2布線層各自是多
個金屬層。
[0021]該情況下，優(yōu)選第I布線層以及第2布線層的作為各自的最上層的金屬層，較之與作為該最上層的金屬層相接的下層的金屬層，相對于第2絕緣膜的緊密性高，此外，該下層的金屬層是能夠防止擴(kuò)散至第2絕緣膜的材料。
[0022]再有，在這些情況下，優(yōu)選第I布線層以及第2布線層各自包括形成為與第I絕緣膜相接的第I金屬層、在該第I金屬層之上形成的第2金屬層、和在該第2金屬層之上形成的作為最上層的第3金屬層，與第2金屬層以及第3金屬層相比，第I金屬層與第I絕緣膜之間的緊密性高，第2金屬層由導(dǎo)電率比第I金屬層高的金屬構(gòu)成，與第I金屬層以及第2金屬層相比，第3金屬層與第2絕緣膜之間的緊密性高。
[0023]這樣一來，通過在第I布線層以及第2布線層中使用導(dǎo)電率高的金屬，并且使用與這些的上層以及下層的絕緣膜緊密性高的金屬，由此能夠維持布線的高導(dǎo)電率，并且能夠防止布線層與絕緣膜的界面處的剝離。
[0024]本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選第I布線層以及第2布線層的作為各自的最上層的金屬層的光澤度為I以上。
[0025]這樣一來，在第I布線層以及第2布線層之上形成的第2絕緣膜為感光性材料的情況下，容易在第2絕緣膜形成第2開口部。
[0026]本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選第I焊盤層以及第2焊盤層各自包括多個同電位的焊盤層，多個同電位的焊盤層分別與外部裝置連接。
[0027]這樣一來，能夠進(jìn)一步降低第I布線層以及第2布線層的電阻，因此能夠降低導(dǎo)通電阻。
[0028]本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選第I焊盤層以及第2焊盤層各自是多個
金屬層。
[0029]這樣一來，能夠使得第I焊盤層以及第2焊盤層的最下層成為與第2絕緣膜之間的緊密性高、且根據(jù)需要還具有勢壘金屬效果的金屬層，使得中間層為導(dǎo)電性優(yōu)異的金屬層，使得最上層為適合于與外部裝置之間的連接的金屬層。由此，能夠維持各焊盤層的導(dǎo)電率，并且能夠防止與各焊盤層連接的布線以及絕緣膜的剝離。
[0030]本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選第I電極布線層以及第2電極布線層各自包括:在氮化物半導(dǎo)體層之上形成為與該氮化物半導(dǎo)體層直接連接的電極、和在電極之上形成的電極布線，在氮化物半導(dǎo)體層之上，形成具有使電極露出的開口部的電極上絕緣膜，電極布線經(jīng)由電極上絕緣膜的開口部而與電極電連接。
[0031]這樣一來，通過與氮化物半導(dǎo)體層直接連接的電極、和連接于該電極的電極布線，能夠使第I電極布線層以及第2電極布線層為導(dǎo)電性高的布線金屬層。此外，在FET的情況下，其單元尺寸由源極電極與漏極電極之間的距離以及這些電極的寬度來決定，但即便電極上絕緣膜之上的各電極布線的寬度比各電極的寬度大，也沒有問題，這樣能夠降低各電極布線層的電阻。
[0032]根據(jù)本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置，能夠獲得降低了導(dǎo)通電阻、且單位柵極寬度的最大電流高的氮化物半導(dǎo)體裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是表示本發(fā)明的一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
[0034]圖2是表示本發(fā)明的一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的圖1的I1-1I線處的首1J視圖。
[0035]圖3(a)以及圖3(b)是表示本發(fā)明的一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的各層，圖3(a)是表示源極電極布線、漏極電極布線以及它們的下層的俯視圖，圖3(b)是表示第I層間絕緣膜及其下層的俯視圖。
[0036]圖4(a)以及圖4(b)表示本發(fā)明的一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的各層，圖4(a)是表示第I布線層、第2布線層以及它們的下層的俯視圖，圖4(b)是表示第2層間絕緣膜及其下層的俯視圖。
[0037]圖5是表示本發(fā)明的一實施方式的第I變形例涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
[0038]圖6是表示本發(fā)明的一實施方式的第2變形例涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
【具體實施方式】
[0039](一實施方式)
[0040]參照圖1?圖4來說明本發(fā)明的一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置。
[0041]如圖1以及圖2所示，在本實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置中，在由硅(Si)構(gòu)成的基板I之上，依次形成緩沖層2以及氮化物半導(dǎo)體層3。氮化物半導(dǎo)體層3由厚度為
2.5 μ m程度的未摻雜氮化鎵(GaN)層4、和在其上形成的厚度為50nm程度的未摻雜氮化鋁鎵(AlGaN)層5構(gòu)成。在未摻雜GaN層4與未摻雜AlGaN層5的界面區(qū)域產(chǎn)生二維電子氣(2DEG)，2DEG作為溝道區(qū)域發(fā)揮功能。
[0042]在氮化物半導(dǎo)體層3之上，作為第I電極的源極電極7a以及作為第2電極的漏極電極7b彼此分離且交替形成，以與該氮化物半導(dǎo)體層3直接連接。本實施方式中，為了降低接觸電阻，未摻雜AlGaN層5以及未摻雜GaN層4的一部分被除去,源極電極7a以及漏極電極7b形成為它們的下面位于未摻雜AlGaN層5與未摻雜GaN層4的界面之下。源極電極7a以及漏極電極7b由鈦(Ti)以及鋁(Al)等金屬構(gòu)成。此外，在源極電極7a與漏極電極7b之間的寬度約I μ m的區(qū)域，未摻雜AlGaN層5的膜厚變薄，在其之上形成厚度為200nm程度的摻雜了鎂(Mg)的P型GaN層9。在p型GaN層9之上，形成由鈀(Pd)、金(Au)以及鉬(Pt)等構(gòu)成的柵極電極8。因此，由P型GaN層9和未摻雜AlGaN層5形成PN結(jié)。其結(jié)果，即便對柵極電極8施加的電壓為OV的情況下，從P型GaN層9向基板I側(cè)和漏極電極7b側(cè)，在未摻雜AlGaN層5以及未摻雜GaN層4中耗盡層變寬。由此，因為溝道區(qū)域中流過的電流被切斷，因此能夠進(jìn)行正常截止動作。
[0043]本實施方式的氮化物半導(dǎo)體裝置，是具有使用了氮化物半導(dǎo)體的多指構(gòu)造的場效應(yīng)晶體管(FET)，在分別將一個的源極電極7a、漏極電極7b以及柵極電極8作為I個單元時，能夠視為多個單元以漏極電極7b為中心交替翻轉(zhuǎn)進(jìn)行配置。各單元的源極電極7a彼此、漏極電極7b彼此以及柵極電極8彼此如后面所說明那樣相互電連接。由此，能夠使得氮化物半導(dǎo)體裝置的柵極寬度極大，能夠獲得可流過大電流的功率器件。再者，本實施方式中，在氮化物半導(dǎo)體層3中的形成有一組的源極電極7a以及漏極電極7b的區(qū)域以及溝道區(qū)域中，將沒有被絕緣分離的區(qū)域作為活性區(qū)域。
[0044]在氮化物半導(dǎo)體層3、源極電極7a、漏極電極7b、柵極電極8以及p型GaN層9之上，形成膜厚為300nm程度的由氮化硅(SiN)構(gòu)成的電極上絕緣膜6。電極上絕緣膜6具有使源極電極7a以及漏極電極7b的表面(上面)的一部分露出的開口部6a。電極上絕緣膜6是為了使氮化物半導(dǎo)體層3的表面穩(wěn)定化、防止水分從后述的層間絕緣膜12浸入氮化物半導(dǎo)體層3而設(shè)置的。
[0045]在源極電極7a之上形成由Au構(gòu)成的源極電極布線11a，使其經(jīng)由電極上絕緣膜6的開口部6a而與源極電極7a連接。源極電極布線Ila為了提高與電極上絕緣膜6之間的緊密性而包括作為緊貼層的Ti層。源極電極布線Ila的膜厚為5μπι程度，其寬度與源極電極7a以及漏極電極7b相等或者在其以上。在此，源極電極7a之上的源極電極布線Ila形成得覆蓋相鄰的2個單元的柵極電極8，其寬度形成得較之柵極電極8的端部而向漏極電極7b側(cè)展寬,還作為源極場板(source field plate)發(fā)揮功能。同樣,在漏極電極7b之上形成漏極電極布線11b，使其經(jīng)由電極上絕緣膜6的開口部6a而與漏極電極7b連接。此夕卜，如圖3(a)所示，由源極電極7a和源極電極布線Ila構(gòu)成的第I電極布線層、以及由漏極電極7b和漏極電極布線Ilb構(gòu)成的第2電極布線層交替配置，彼此分離且平行地延伸。此外，柵極電極8彼此在沒有被源極電極布線Ila覆蓋的區(qū)域相互連接。
[0046]在電極上絕緣膜6、源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb之上，形成膜厚為400nm程度的由SiN構(gòu)成的保護(hù)膜10。保護(hù)膜10與電極上絕緣膜6同樣，是用于保護(hù)氮化物半導(dǎo)體層3的耐濕膜，并且作為源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb與在它們之上形成的后文說明的層間絕緣膜12之間的緊貼(緊密相接)層發(fā)揮功能。
[0047]在保護(hù)膜10之上，形成膜厚為10 μ m程度的由聚對苯撐苯并二惡唑(PBO)構(gòu)成的層間絕緣膜12。在此，將保護(hù)膜10以及層間絕緣膜12 —并稱為第I絕緣膜13。第I絕緣膜13具有使源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的上面的一部分露出的開口部13a。如圖3(b)所示，使源極電極布線Ila露出的第I絕緣膜13的開口部13a，形成在分別平行地排列的源極電極布線Ila彼此的相同的位置。此外，使漏極電極布線Ilb露出的第I絕緣膜13的開口部13a，形成在分別平行地排列的漏極電極布線Ilb彼此的相同的位置，且形成在與使源極電極布線Ila露出的開口部13a不同的位置。本實施方式中，使源極電極布線Ila露出的開口部13a和使漏極電極布線Ilb露出的開口部，向著各自布線的長邊方向而交替形成。
[0048]在第I絕緣膜13之上，形成經(jīng)由該開口部13a而與源極電極布線Ila的至少一部分連接的第I布線層17a。具體而言，如圖4(a)所示，在與源極電極7a電連接的源極電極布線Ila之上形成第I絕緣膜13的開口部13a，第I布線層17a成為與經(jīng)由該開口部13a而和源極電極7a電連接的源極電極布線Ila相同電位的布線層。此外，在第I絕緣膜13之上，形成經(jīng)由該開口部13a而與漏極電極布線Ilb電連接的第2布線層17b。第2布線層17b成為與電連接于漏極電極7b的漏極電極布線Ilb相同電位的布線層。第I布線層17a以及第2布線層17b，形成為在與源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb交叉的方向上延伸。第I布線層17a與第2布線層17b彼此分離，交替配置。第I布線層17a以及第2布線層17b是依次層疊由鈦(Ti)構(gòu)成的下層緊貼層14、由銅(Cu)構(gòu)成的導(dǎo)電層15、和由鎳(Ni)構(gòu)成的上層緊貼層16而形成的。由Ti構(gòu)成的下層緊貼層14的膜厚為IOOnm程度，由Cu構(gòu)成的導(dǎo)電層15的膜厚為5 μ m程度，由Ni構(gòu)成的上層緊貼層16的膜厚為幾十nm?I μ m程度。
[0049]在第I布線層17a以及第2布線層17b之上，形成膜厚為10 μ m程度的由PBO構(gòu)成的第2絕緣膜18。第2絕緣膜18具有使第I布線層17a以及第2布線層17b的上面的一部分露出的開口部18a(圖1的斜線部)。具體而言，如圖4(b)所示，在本實施方式中，使第I布線層17a露出的開口部18a形成在圖中的左側(cè)的區(qū)域，使第2布線層17b露出的開口部18a形成在圖中的右側(cè)的區(qū)域。
[0050]在第2絕緣膜18之上，形成經(jīng)由該開口部18a而與第I布線層17a的至少一部分連接的第I焊盤層即源極電極焊盤層22a。即，經(jīng)由源極電極布線Ila和第I布線層17a而連接源極電極7a和源極電極焊盤層22a。由此，源極電極焊盤層22a成為與源極電極7a相同電位的焊盤。此外，在第2絕緣膜18之上，形成經(jīng)由該開口部18a而與第2布線層17b的至少一部分連接的第2焊盤層即漏極電極焊盤層22b，與漏極電極7b以及漏極電極焊盤層22b電連接，漏極電極焊盤層22b成為與漏極電極7b相同電位的焊盤。再者，源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b位于活性區(qū)域之上。此外，源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b是依次層疊由Ti構(gòu)成的下層緊貼層19、由Cu構(gòu)成的導(dǎo)電層20、和由Ni構(gòu)成的上層金屬層21而形成的。由Ti構(gòu)成的下層緊貼層19的膜厚為IOOnm程度，由Cu構(gòu)成的導(dǎo)電層20的膜厚為5 μ m程度，由Ni構(gòu)成的上層金屬層21的膜厚為I μ m程度。具體而言，如圖1所示，電極焊盤層除了包括源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b以外，還包括與柵極電極電連接的柵極電極焊盤層23，它們彼此分離。在此，柵極電極8在活性區(qū)域的外側(cè)收斂，進(jìn)而繞過活性區(qū)域的外周而與柵極電極焊盤層23連接。這是為了柵極電極8不會切斷源極電極布線Ila以及漏極電極布線lib。柵極電極8與柵極電極焊盤層23，能夠通過貫穿被層疊的絕緣膜的通孔等進(jìn)行連接。這些電極焊盤層具有與外部裝置連接所需的大小以上的大小。各電極焊盤層的最上層是Ni層，在此之上經(jīng)由弓丨線接合、帶狀線(ribbon)以及線夾(clip)等而與外部裝置連接。Ni層在與Al引線以及Al帶狀線之間的緊密性以及可靠性方面較為優(yōu)異。
[0051]在基板I中的與形成了氮化物半導(dǎo)體層3的面相反一側(cè)的面(背面)，形成例如由Au以及錫(Sn)等構(gòu)成的背面電極24，可從外部向基板I提供電位。
[0052]在本實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置中，由于源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的布線寬度，依賴于形成晶體管的構(gòu)造的寬度即單元寬度，因此在增大這些布線寬度時，單元寬度變大，器件的每單位面積的柵極寬度變小。因此，為了增大器件的電流，需要減小源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的布線寬度，但是由此它們的布線電阻會變大，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻的增大以及單位柵極寬度的最大電流的減少。為了降低源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的電阻，在這些布線之上交替形成在與它們交叉的方向上延伸的第I布線層17a以及第2布線層17b。由此，能夠?qū)⒃礃O電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb在表見上進(jìn)行分割，這些布線的電阻能夠看作被分割的布線的集合。S卩，由于能夠減小源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的布線長度，增加表見上的布線數(shù)，因此能夠抑制各個源極電位的增大，從而抑制最大電流的下降，并且能夠降低因源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的電阻引起的導(dǎo)通電阻。其中，對于第I布線層17a以及第2布線層17b的寬度，為了使得表見上的指長較短，需要將布線寬度抑制得較小。由此，在第I布線層17a以及第2布線層17b中產(chǎn)生的電阻變大，導(dǎo)致器件整體的導(dǎo)通電阻的上升。為此，如本實施方式那樣，形成經(jīng)由第2絕緣膜18而與第I布線層17a以及第2布線層17b連接的源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b。如果除了柵極電極焊盤層23以外，還形成源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b使得各自覆蓋活性區(qū)域之上的幾乎全部，則較之沒有形成這些電極焊盤層的情況，能夠?qū)⒌贗布線層17a以及第2布線層17b中產(chǎn)生的布線電阻約為二分之一。其結(jié)果，能夠大幅降低作為整體的導(dǎo)通電阻。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置，能夠獲取降低了導(dǎo)通電阻、且單位柵極寬度的最大電流高的氮化物半導(dǎo)體裝置。
[0054]在本實施方式中，示出了在層間絕緣膜12以及第2絕緣膜18中使用了 PBO的例子，但也可以使用聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧系的感光性樹脂(例如，化薬7 ^ ” 口’ A公司制的SU-8等)以及氟系的感光性樹脂(例如旭硝子公司制的AL-X2等)等的有機(jī)膜。此外，層間絕緣膜12以及第2絕緣膜18沒必要是相同的材料，也可以是它們組合。這樣一來，能夠進(jìn)行有效地發(fā)揮各自特性的膜形成。此外，由于這些有機(jī)膜能夠通過旋轉(zhuǎn)涂布而形成，因此容易填埋凹部，容易使得它們的上表面平坦化。此外，為了在這些有機(jī)膜形成開口部，優(yōu)選通過光刻工序進(jìn)行，但也可以將氧化硅(SiO2)膜等作為硬質(zhì)掩膜來進(jìn)行干蝕刻來形成。有機(jī)材料根據(jù)材料的種類，其透水性以及耐濕性有很大不同。例如，由于聚酰亞胺膜具有吸濕性，因此會擔(dān)心因絕緣膜膨脹、龜裂的發(fā)生以及水分引起的氮化物半導(dǎo)體裝置的可靠性下降。在這種情況下，優(yōu)選在聚酰亞胺膜之上形成SiN膜等具有耐水性的膜，優(yōu)選通過干蝕刻法來形成開口部。
[0055]源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb由作為與下層之間的緊貼層的Ti層、和作為導(dǎo)電層的Au層構(gòu)成，但用作層間絕緣膜12的PBO與Au層的緊密性較低，因此需要由SiN構(gòu)成的保護(hù)膜10。但是，在將AL-X2等與Au層具有較高緊密性的材料用于層間絕緣膜12的情況下，則不需要保護(hù)膜10。該情況下，從器件的耐濕性的觀點考慮，優(yōu)選電極上絕緣膜6設(shè)為SiN膜。此外，如果源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的最上層是Ti以及Ni等的與有機(jī)膜之間的緊密性較高的材料，則同樣不需要保護(hù)膜10。不過，為了抑制因水分引起的氮化物半導(dǎo)體裝置的劣化，優(yōu)選形成保護(hù)膜10。
[0056]本實施方式中，電極上絕緣膜6以及保護(hù)膜10是SiN膜，但也可以是SiO2膜等的絕緣膜或者它們的復(fù)合膜。不過，希望電極上絕緣膜6以及保護(hù)膜10的任意一個是在耐濕性方面優(yōu)異的SiN膜。SiN膜以及SiO2膜等能夠通過等離子化學(xué)氣相生長法來形成。
[0057]層間絕緣膜12的開口部如上述那樣期望利用光刻工序來形成，但在層間絕緣膜12中使用PBO膜以及BCB膜時，它們通過硬性烘烤存在與剛剛顯影之后相比開口部的大小變大的趨勢。該情況下，較之從特定的源極電極布線Ila或者漏極電極布線Ilb到與其相鄰的其他電極布線為止的距離，有時從露出上述特定的電極布線的開口部13a到與該電極布線相鄰的其他電極布線為止的距離較短。在將這些任意的距離之中最短的距離設(shè)為S(m)，將層間絕緣膜12的絕緣擊穿電壓設(shè)為A(V/m)時，為了滿足耐壓V(V)以上，必需至少滿足S≥V/A。為了滿足作為功率器件的耐壓的一個指標(biāo)的600V，需要S> 600/A。本實施方式中，將1000V的耐壓作為目標(biāo)，PBO膜的絕緣擊穿耐壓為250V/un，因此需要將S設(shè)為4 μ m以上。此外，由于從源極電極布線Ila或者漏極電極布線Ilb到第I布線層17a以及第2布線層17b為止的距離也需要滿足上述式子，因此，層間絕緣膜12的膜厚設(shè)為10 μ m程度。其中，也可以將保護(hù)膜10的絕緣擊穿耐壓也考慮在內(nèi)，而使層間絕緣膜12的膜厚進(jìn)一步薄膜化。
[0058]也能夠與此同樣地規(guī)定第2絕緣膜18的膜厚。本實施方式中，第2絕緣膜18的膜厚設(shè)為10 μ m程度，但具體而言，只要成為第I布線層17a與源極電極焊盤層22a之間、以及第2布線層17b與漏極電極焊盤層22b之間的距離滿足如上述那樣規(guī)定的絕緣擊穿電壓的膜厚即可。
[0059]在本實施方式的氮化物半導(dǎo)體裝置中，示出了在源極電極7a以及漏極電極7b中使用Ti和Al的例子，但作為代替材料或者追加材料，也可以使用N1、Au、釩(V)或者鉿(Hf)。優(yōu)選通過剝離法來形成這些電極。此外,柵極電極8由Pd或者Au構(gòu)成,但作為代替材料或者追加材料，也可以使用Ni或者Ti等。優(yōu)選通過剝離法來形成這些電極。
[0060]示出了源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb由作為與下層之間的緊貼層的Ti層和導(dǎo)電性高的Au層構(gòu)成的例子，但也可以取代Ti層而使用鉭(Ta)層或者Ni層，還可以取代Au層而使用Cu層或者Al層。由于源極電極布線11a、漏極電極布線lib、第I布線層17a、第2布線層17b、源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b是厚膜的金屬層，因此優(yōu)選通過鍍覆法來形成。
[0061]示出了在第I布線層17a、第2布線層17b、源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b中，在下層緊貼層14、19使用Ti的例子，但作為代替材料、追加材料或者組合材料，也可以使用Ta、TaN, TiN或者Ni。此外，除此以外，在下層緊貼層14中也可以使用較之導(dǎo)電層15而相對于層間絕緣膜12的緊密性高的材料。同樣，下層緊貼層19中也可以使用較之導(dǎo)電層20而相對于第2絕緣膜18的緊密性高的材料。下層緊貼層14不僅是為了提高與下層的層間絕緣膜12之間的緊密性，還期望作為導(dǎo)電層15的擴(kuò)散防止膜。
[0062]此外，示出了在第I布線層17a、第2布線層17b、源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b中，在導(dǎo)電層15、20使用Cu的例子，但作為代替材料或者追加材料也可以使用Au或者Al等。除此以外，導(dǎo)電層15、20中也可以使用分別較之下層緊貼層14、19導(dǎo)電率高的材料。其中，從提高引線接合時的引線的緊密性的觀點考慮，期望第I布線層17a、第2布線層17b、源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b的上表面是平坦的。因此，期望導(dǎo)電層15、20中使用能夠進(jìn)行通孔填充鍍覆的Cu，該通孔填充鍍覆在鍍覆時能夠通過追加添加劑而優(yōu)選填埋通孔。
[0063]在第I布線層17a以及第2布線層17b中，在與第2絕緣膜18的上層緊貼層16中使用了 Ni，但期望與通過鍍覆法來形成下層的導(dǎo)電層15相連續(xù)地，通過鍍覆法來形成該Ni層。此外，由于Ni層的導(dǎo)電率不高，因此在Ni層的厚度變大時會成為接觸電阻增大的原因。因此，期望Ni層的厚度薄，設(shè)定為被稱為薄鍍層的至少I μπι以下的膜厚，優(yōu)選幾十nm?500nm的膜厚。此外，期望該Ni層的光澤度為I以上。具體而言，期望在Ni鍍覆的建槽溶液中追加光澤劑，較之氨基磺酸鍍液更期望使用瓦特鍍液。此外，在上層的第2絕緣膜18由感光性材料構(gòu)成的情況下，會成為厚膜材料的顯影，在下層材料的光澤度低時，由于顯影剩余不良多發(fā)，因此期望在第I布線層17a以及第2布線層17b的最上層使用能夠提高其光澤度的材料，例如期望在使用Ni時加入能夠提高光澤度的添加劑來進(jìn)行鍍覆。此外，上層緊貼層16中除了 Ni以外，也可以使用較之導(dǎo)電層15而相對于第2絕緣膜18的緊密性高的材料。此外，在導(dǎo)電層15為Cu的情況下，Cu有可能擴(kuò)散至第2絕緣膜18，期望上層緊貼層16作為用來防止該擴(kuò)散的擴(kuò)散防止膜發(fā)揮功能，除了 Ni以外也可以使用T1、Ta、TaN或者TiN等。
[0064]此外，源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b是最上層具有由Ni構(gòu)成的上層金屬層21的結(jié)構(gòu)。對于該Ni層的形成方法，期望與通過鍍覆法形成下層的導(dǎo)電層20相連續(xù)地通過鍍覆法來形成。這是為了在電極焊盤之上進(jìn)行引線等的接合，如果引線、帶狀線以及線夾的材料是Al，則期望上層金屬層21由Ni以及Ag構(gòu)成。如果引線、帶狀線以及線夾的材料是Au以及Cu，則期望上層金屬層21由Au構(gòu)成。即，優(yōu)選上層金屬層21由適合于連接接合引線的材料構(gòu)成。
[0065]此外，也可以在源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b之上的實際上沒有進(jìn)行引線接合的區(qū)域形成保護(hù)絕緣膜。保護(hù)絕緣膜可以是層間絕緣膜12以及第2絕緣膜18中使用的那種有機(jī)樹脂材料、或者與其相比固化(cure)溫度低的材料。此外，優(yōu)選保護(hù)絕緣膜與封裝件的密封樹脂材料之間的緊密性良好。
[0066]本實施方式中，源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的膜厚是比較大的5μπι程度的膜厚，但也可在能夠容許源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb中產(chǎn)生的電阻成分的大小的范圍內(nèi)作為薄膜。在使源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb薄膜化時，由于能夠降低作為器件整體而產(chǎn)生的高低差，因此能夠提高引線接合的緊密性。源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的電阻成分由第I布線層17a以及第2布線層17b的線寬、即源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的電阻成分長度來決定。第I布線層17a以及第2布線層17b的線寬越小，源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的電阻成分長度越短，此外表見上的源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的根數(shù)越增加，則電極布線的電阻越小。因此，能夠使得源極電極布線Ila以及漏極電極布線Ilb的膜厚比較薄。同樣，由于第I布線層17a以及第2布線層17b的電阻除了依賴于它們的布線寬度以及膜厚之外，還依賴于源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b的形狀，因此需要被設(shè)計成處于能夠容許器件整體的導(dǎo)通電阻大小的范圍內(nèi)。如倒裝芯片那樣對外部基板的接合面積大的情況下，增大源極電極焊盤層22a以及漏極電極焊盤層22b的膜厚的必要性不大。但是，在與電極焊盤層的一部分引線接合等的情況下，由于從接合部的片電阻直接影響到導(dǎo)通電阻，因此需要增大它們的膜厚。
[0067]本實施方式的氮化物半導(dǎo)體裝置中，背面電極24由Au或者Sn構(gòu)成，但代替材料或者追加材料也可以使用鉻(Cr)或者Ni等?？梢酝ㄟ^濺射法或者蒸鍍法等來形成這些電極。此外，背面電極24也可以作為貫穿基板I而與源極電極7a或者漏極電極7b電連接，來作為源極電極焊盤層或者漏極電極焊盤層發(fā)揮功能。此外，也可以構(gòu)成為使源極電極7a或者漏極電極7b貫穿至緩沖層2，使基板I處于導(dǎo)電性，而與背面電極24連接。
[0068]本實施方式的氮化物半導(dǎo)體裝置中，以FET為例進(jìn)行了說明，但也可以采用二極管構(gòu)造，該情況下，可將第I電極以及第2電極作為陽極電極以及陰極電極。
[0069](一實施方式的第I變形例)
[0070]以下，參照圖5來說明本發(fā)明的一實施方式的第I變形例涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置。本變形例中，對于與本發(fā)明的一實施方式相同的結(jié)構(gòu)，省略其說明，僅說明不同的結(jié)構(gòu)。
[0071]本變形例涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置中，源極電極焊盤層以及漏極電極焊盤層分別具有作為相同電位的多個焊盤層。
[0072]具體而言，如圖5所示，在第2絕緣膜之上，形成有經(jīng)由該第2絕緣膜的開口部(圖5的斜線部)而與第I布線層連接的、分別作為第I焊盤層的第I源極電極焊盤層31a以及第2源極電極焊盤層32a。此外，在第2絕緣膜之上，形成有經(jīng)由該第2絕緣膜的開口部而與第2布線層連接的、分別作為第2焊盤層的第I漏極電極焊盤層31b以及第2漏極電極焊盤層32b。再者，柵極電極焊盤層33與上述的一實施方式同樣地形成。[0073]這樣一來，由于能夠縮短下層的第I布線層的布線電阻的成分長度，因此能夠降低第I布線層中產(chǎn)生的電阻。具體而言，在構(gòu)成為具有2個源極電極焊盤層和2個漏極電極焊盤層時，較之沒有形成這些電極焊盤層的情況，能夠使得貢獻(xiàn)于第I布線層以及第2布線層的電阻的布線長度約為四分之一。其結(jié)果，能夠降低器件整體的導(dǎo)通電阻。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的第I變形例涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置，能夠獲得降低導(dǎo)通電阻、單位柵極寬度的最大電流高的氮化物半導(dǎo)體裝置。
[0075](一實施方式的第2變形例)
[0076]以下，參照圖6來說明本發(fā)明的一實施方式的第2變形例涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置。本變形例中，對于與本發(fā)明的一實施方式相同的結(jié)構(gòu)，省略其說明，僅說明不同的結(jié)構(gòu)。
[0077]本變形例涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置是具有2個柵極電極的雙柵極構(gòu)造，上述的一實施方式的源極電極成為SI電極，漏極電極成為S2電極。在一實施方式中，按照位于源極電極布線的下方的方式形成有柵極電極(第I柵極電極:G1電極)，但本變形例中成為還具有第2柵極電極(G2電極)的構(gòu)造，該第2柵極電極(G2電極)形成得位于與S2電極直接連接的電極布線(漏極電極布線)的下方。此外，本變形例涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置中，與SI電極電連接的SI電極焊盤層、以及與S2電極電連接的S2電極焊盤層分別具有作為相同電位的多個焊盤層。
[0078]具體而言，如圖6所示，在第2絕緣膜之上，形成有經(jīng)由該第2絕緣膜的開口部(圖6的斜線部)而與第I布線層連接的、分別作為第I焊盤層的第ISl電極焊盤層41a以及第2S1電極焊盤層42a。此外，在第2絕緣膜之上，形成有經(jīng)由該第2絕緣膜的開口部而與第2布線層連接的、分別作為第2焊盤層的第1S2電極焊盤層41b以及第2S2電極焊盤層42b。此外，在活性區(qū)域的外側(cè)，在第2絕緣膜之上，形成了 Gl電極焊盤層43a，使其經(jīng)由該第2絕緣膜的開口部而與Gl電極電連接，同樣，形成了 G2電極焊盤層43b使其與G2電極電連接。
[0079]根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的第2變形例涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置，即便在雙柵極構(gòu)造中，也能夠與單柵極構(gòu)造同樣地，獲取降低了導(dǎo)通電阻、單位柵極寬度的最大電流高的氮化物半導(dǎo)體裝置。
[0080]工業(yè)上的可利用性
[0081]本發(fā)明涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置能夠降低導(dǎo)通電阻，并提高單位柵極寬度的最大電流，特別在具有活性區(qū)域之上所形成的電極焊盤的氮化物半導(dǎo)體裝置等中是有用的。
[0082]符號的說明
[0083]I 基板
[0084]2緩沖層
[0085]3氮化物半導(dǎo)體層
[0086]4未摻雜GaN層
[0087]5未慘雜AlGaN層
[0088]6電極上絕緣膜
[0089]6a (電極上絕緣膜的)開口部
[0090]7a源極電極
[0091]7b漏極電極[0092]8柵極電極
[0093]9p-GaN 層
[0094]10保護(hù)膜
[0095]Ila源極電極布線
[0096]Ilb漏極電極布線
[0097]12層間絕緣膜
[0098]13第I絕緣膜
[0099]13a(第I絕緣膜的)開口部
[0100]14下層緊貼層
[0101]15導(dǎo)電層
[0102]16上層緊貼層
[0103]17a第I布線層
[0104]17b第2布線層
[0105]18第2絕緣膜
[0106]18a(第2絕緣膜的)開口部
[0107]19下層緊貼層
[0108]20導(dǎo)電層
[0109]21上層金屬層
[0110]22a源極電極焊盤層(第I焊盤層)
[0111]22b漏極電極焊盤層(第2焊盤層)
[0112]23柵極電極焊盤層
[0113]24背面電極
[0114]31a第I源極電極焊盤層(第I焊盤層)
[0115]31b第I漏極電極焊盤層(第2焊盤層)
[0116]32a第2源極電極焊盤層(第I焊盤層)
[0117]32b第2漏極電極焊盤層(第2焊盤層)
[0118]33柵極電極焊盤
[0119]41a第ISl電極焊盤層(第I焊盤層)
[0120]41b第1S2電極焊盤層(第2焊盤層)
[0121]42a第2S1電極焊盤層(第I焊盤層)
[0122]42b第2S2電極焊盤層(第2焊盤層)
[0123]43aGl電極焊盤層
[0124]43bG2電極焊盤層
【權(quán)利要求】
1.一種氮化物半導(dǎo)體裝置，其具備: 基板； 氮化物半導(dǎo)體層，其形成在所述基板之上，具有活性區(qū)域； 第I電極布線層以及第2電極布線層，其在所述氮化物半導(dǎo)體層中的所述活性區(qū)域之上交替分離地形成； 第I絕緣膜，其形成在所述第I電極布線層以及第2電極布線層之上，具有使所述第I電極布線層以及第2電極布線層露出的多個第I開口部； 第I布線層以及第2布線層，在所述第I絕緣膜之上彼此分離地形成，所述第I布線層經(jīng)由所述第I開口部而與所述第I電極布線層電連接且與所述第I電極布線層相交叉地延伸，所述第2布線層經(jīng)由所述第I開口部而與所述第2電極布線層電連接且與所述第2電極布線層相交叉地延伸； 第2絕緣膜，其形成在所述第I布線層以及第2布線層之上，具有使所述第I布線層以及第2布線層露出的多個第2開口部；和 第I焊盤層以及第2焊盤層，在所述第2絕緣膜之上彼此分離地形成，所述第I焊盤層經(jīng)由所述第2開口部而與所述第I布線層電連接且位于所述活性區(qū)域之上，所述第2焊盤層經(jīng)由所述第2開口部而與所述第2布線層電連接且位于所述活性區(qū)域之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I布線層以及第2布線層分別是多個金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I布線層以及第2布線層的作為各自的最上層的金屬層，較之與作為該最上層的金屬層相接的下層的金屬層，相對于所述第2絕緣膜的緊密性高。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I布線層以及第2布線層各自包括形成為與第I絕緣膜相接的第I金屬層、在該第I金屬層之上形成的第2金屬層、和在該第2金屬層之上形成的作為最上層的第3金屬層， 與所述第2金屬層以及第3金屬層相比，所述第I金屬層與第I絕緣膜之間的緊密性聞， 所述第2金屬層由導(dǎo)電率比所述第I金屬層高的金屬構(gòu)成， 與所述第I金屬層以及第2金屬層相比，所述第3金屬層與所述第2絕緣膜之間的緊密性高。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I布線層以及第2布線層的作為各自的最上層的金屬層的光澤度為I以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I焊盤層以及第2焊盤層各自包括多個同電位的焊盤層， 所述多個同電位的焊盤層分別與外部裝置連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I焊盤層以及第2焊盤層分別是多個金屬層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I電極布線層以及第2電極布線層各自包括:在所述氮化物半導(dǎo)體層之上形成為與該氮化物半導(dǎo)體層直接連接的電極、和在所述電極之上形成的電極布線， 在所述氮化物半導(dǎo)體層之上，形成具有使所述電極露出的開口部的電極上絕緣膜，
所述電極布線經(jīng)由所述電極上絕緣膜的開口部而與所述電極電連接。
【文檔編號】H01L29/41GK103582939SQ201280027008
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月24日
【發(fā)明者】海原一裕 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社