JPH10214929A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電界効果型トランジスタの放熱特性を向上す
る。 【解決手段】 半導体基板（１）の表面上のショットキ
接触を有するゲート電極（５ａ）と、この両側のオーミ
ック接触を有するソース電極（４ａ）とドレイン電極
（４ｂ）とから構成される電界効果型トランジスタにお
いて、前記ゲート電極（５ａ）の上部にバンプ構造
（７）及び放熱部材（８）が接合されていることを特長
とする電界効果型トランジスタ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本願発明は、電界効果型ト
ランジスタの放熱構造に関する。特にマイクロ波増幅器
の最終段に使用するパワートランジスタにおいて、発熱
部である活性層に対し効果的な放熱特性を有するデバイ
スを提供する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高出力の電界効果型トランジスタ
においては発熱をその裏面より放熱したり、またドレイ
ン電極やソース電極などのオーミック電極の表面に、突
起状の断面を有し、機械的及び電気的な接続部材である
いわゆるバンプ構造を形成し、かつこのバンプ構造に放
熱部材を接合し、この放熱部材より放熱している。

【０００３】即ち、従来の高出力の電界効果型トランジ
スタは、図５に例示すように、半絶縁性半導体基板１の
表面に、イオン注入又はエピタキシャル成長の手段によ
り電流の流れる活性層２を形成し、その両側の半導体基
板表面上にそれぞれソース電極４ａ及びドレイン電極４
ｂからなるオーミック電極、及びこれら電極の直下の基
板表面にオーミック接触を確保するための高濃度層３を
それぞれ形成する。そして活性層２を流れる電流を制御
するゲート電極５をその中間の活性層２を形成した領域
の表面に形成して完成する。

【０００４】この電界効果型トランジスタの放熱は、オ
ーミック電極、例えば図５に示すようにソース電極４
ａ、の外界に接する表面を広く形成するとともに、更に
この上部表面にソース配線金属６ａを介してバンプ構造
７を形成し、このバンプ構造７を介して更に大きな表面
を有する図示しない放熱部材に接触させる方法によるも
のである。

【０００５】また、図６に例示するように、オーミック
電極、例えばソース電極４ａの下部近傍に金属を充填し
たスルーホール３０ａを設け、この部分から放熱する方
法も用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
では必ずしも放熱が十分ではないので、電界効果型トラ
ンジスタの製造に際しては、更に、ウエハの厚さを薄く
して熱伝導距離を短くし、電界効果型トランジスタの裏
面よりの放熱を増加して放熱効果の向上を図っている。
このため、製造過程でウエハが割れやすく、電界効果型
トランジスタの製造の良品率を高くできないという弊害
が生じている。本願発明は、電界効果型トランジスタの
放熱効率を顕著に向上することによりこれを解決する。

【０００７】電界効果型トランジスタの発熱は、大部分
が電流の流れる活性層、特に電界強度の最も大きいドレ
イン電極側のゲート電極の直下で発生している。この場
合、空乏層の広がりが電界強度に対応するが、ドレイン
電極側のゲート電極の直下の領域が逆バイアス電圧が最
も大きくなり空乏層も最大となるので、これに伴い電界
強度や発熱も最大となる。

【０００８】ところで、従来の、オーミック電極を主た
る放熱領域とする方法では、ゲート電極の直下で発生し
た熱を、このゲート電極の両側の距離的に若干離れた位
置に位置するオーミック電極を介して放熱することにな
り熱伝導距離が長くなるので、それだけ放熱効率が低下
する。即ち、ゲート電極とオーミック電極間の距離は数
ミクロンもある場合があり、特に本願発明の主たる対象
とする高出力の電界効果型トランジスタでは、ゲート電
極とドレイン電極との間の距離を意識的に離間させて耐
圧特性を確保する手法が採用されるが、この場合にはさ
らにこの距離が長くなり放熱効率が低下するので、問題
が大きくなる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明は、ゲート電極
と、この両側に位置するソース電極及びドレイン電極と
から構成される電界効果型トランジスタにおいて、ゲー
ト電極の上部にバンプ構造が形成され、かつこのバンプ
構造を介して放熱部材が接合されていることを特長とす
る。

【００１０】即ち、本願発明は、オーミック電極を主た
る放熱体とすることに変えて、ゲート電極の上部に、バ
ンプ構造を介して表面積の大きな金属製の放熱部材を接
合して、ゲート電極の直下の活性層で発生した熱を効率
的に外部に放熱するものである。ここで、バンプ構造と
は、通常半田等の接合金属からなる突起部で他の部材と
の接合部材として機能するものをいう。特に本願では、
ゲート電極と放熱部材との接合部材として機能し、また
熱的、電気的な媒体としても機能する部材である。ま
た、形態的には、ゲート電極の上部表面の表面積よりも
大きな表面積を有する。

【００１１】なお、高周波回路に使用される電界効果型
トランジスタでは、ゲート電極には一般にマイクロ波の
信号が入力される。このマイクロ波信号は電極の幾何学
的形状により決まる特性インピーダンスの影響を受け
る。数ＧＨｚを越えるマイクロ波の場合には特にこの幾
何学的形状の影響が顕著であるが、１乃至２ＧＨｚ程度
のマイクロ波でも比較的低い周波数領域ではこの影響が
緩和され、ゲート電極を放熱部材としても機能させるこ
とができる。

【００１２】また、本願発明は、ゲート電極の上部の幅
が下部の幅よりも広く、断面がＴ字状の形状を有するこ
とを特長とする。ゲート電極の上部の表面積を大きくし
て、バンプ構造の形成を容易とするとともに、広い面積
を有する放熱部材を接合できるようにして放熱効率を高
めるためである。

【００１３】また、本願発明は、ゲート幅を等価的に大
きくして高出力を得ることができるマルチフィンガ型の
ゲート電極が複数の電極から構成されている電界効果型
トランジスタにも適用可能で、これら各ゲート電極が、
１つのバンプ構造の対応する突起部とそれぞれ接合され
ている、即ち電気的、熱的に接続されていることを特長
とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本願発明の電界効果型トラン
ジスタの実施の形態を、図１乃至図４に基づいて説明す
る。尚、図面の説明において同一の要素には同種の符号
を付し、重複する説明を省略する。

【００１５】（実施例１）まず、図１に示す本願発明の
電界効果型トランジスタの半絶縁性の半導体基板１中
に、ｎ型の不純物層である活性層２と、これより深い注
入プロファイルを有し活性層２よりも不純物濃度が高い
ｎ＋高濃度層３をイオン注入により形成する。これらイ
オン注入層を活性化アニールした後、 ｎ＋高濃度層３
上にはＡｕＧｅから成るソース電極４ａ、とドレイン電
極４ｂ（以下、ソース電極とドレイン電極をあわせてオ
ーミック電極と総称する。）を、活性層２の表面上には
ショットキ金属、例えばＴｉＰｔＡｕからなるゲート電
極５を形成する。

【００１６】ゲート電極５が半導体基板１と接触する位
置の幅Ｗは、ゲート長を規定し通常は０．５ミクロン乃
至０．７ミクロン程度の長さである。電界効果型トラン
ジスタの性能はこのゲート長Ｗに左右されるため、特に
長くすることはできない。ゲート電極５の上部は、左右
に広がり、バンプ構造７及び放熱部材８との接合を容易
とするために断面がＴ字状の構造となっている。このバ
ンプ構造７は、ゲート電極５上にＡｕメッキをすること
により形成される。放熱部材８としては、熱伝導性の良
い金属材料、例えばＡｕを用いることができる。また上
部がセラミックでバンプ構造７と接合する側がＡｕから
なる配線材料を用いることもできる。

【００１７】一方、オーミック電極４ａ、４ｂは、上記
ゲート金属５、バンプ構造７とは別工程で形成されるソ
ース配線金属６ａ、ドレイン配線金属６ｂにより外部に
引き出される。ここで、２つのオーミック電極４ａ、４
ｂ間の距離Ｚは数ミクロンとなるので、ゲート電極５の
直下の発熱部に対しては、ゲート電極５から放熱させた
方が放熱効果が顕著に高くなる。

【００１８】本実施形態の電界効果型トランジスタの製
造方法は、図３、４に示す。まず、図３（ａ）に示すよ
うに、半導体基板１の表面上に、ｎ型不純物イオンを注
入するか、又はｎ型不純物層をエピタキシャル成長させ
て活性層２を形成する。次に、活性層２より深い注入プ
ロファイルを有するｎ＋高濃度層３をイオン注入により
形成する。

【００１９】活性層２、ｎ＋高濃度層３の注入イオンの
活性化アニールは、絶縁膜で半導体基板表面１を覆うキ
ャップアニールでも、ＧａＡｓ基板に対してはアルシン
雰囲気で、ＩｎＰ基板に対してはホスフィン雰囲気中で
行うキャップレスアニールでもよい。

【００２０】ＡｕＧｅからなるオーミック電極４ａ、４
ｂは、例えばホトリソグラフィによるレジストパターン
を形成し、電極材料金属をＡｕ、Ｇｅの順で蒸着、リフ
トオフするなどの周知技術により形成する。

【００２１】次に図３（ｂ）に示すように、半導体基板
表面のオーミック電極４ａ、４ｂを絶縁膜２０で被覆
し、ゲート電極５のゲート長Ｗを規定するゲート開口部
２０ａを開口する。

【００２２】次に図３（ｃ）に示すように、周知技術に
よりレジストパターン２１を形成後、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ
の順で蒸着し、リフトオフするなどの周知技術を用いて
ゲート電極５を形成する。

【００２３】次に図３（ｄ）に示すように、レジストパ
ターン２１等をリフトオフした後、ソース電極４ａ、ド
レイン電極４ｂ上の絶縁層２０の一部を開口し、ソース
配線金属６ａ、ドレイン配線金属６ｂを形成し、電界効
果型トランジスタの外部に引き出す。オーミック配線金
属６ａ、６ｂの形成後にウエハ全面に絶縁膜２２を形成
する。

【００２４】次に図３（ｅ）に示すように、ゲート電極
の上部の絶縁膜２２を開口し、開口２２ａを形成する。
開口２２ａの底のゲート電極表面及び周辺の絶縁膜２２
の表面に、バンプ構造７を選択メッキにより形成するた
めの、バンプ用合金層８ａをＴｉ、Ａｕの順で蒸着して
形成する。

【００２５】この後図４（ａ）に示すように、開口２２
ａの周辺に、厚膜レジストによりバンプパターン２３を
形成し、選択メッキにより、ゲート電極５の上部にＡｕ
よりなるバンプ構造７を形成する。このバンプ構造７
は、ゲート電極５の上部表面よりも縦横ともに広い表面
積を有しており、ゲート電極５の長さ方向、幅方向即ち
フィンガー方向ともに、バンプ構造７の表面の方が長く
形成されている。

【００２６】そして最後に図４（ｂ）に示すように、バ
ンプパターン２３等をリフトオフした後、バンプ構造７
の上部に、金属製のバンプ構造７よりも面積が大きい放
熱部材８を、ホトリソグラフィ等の周知技術により形成
する。

【００２７】（実施例２）本願発明の他の例を図２に示
す。これはいわゆるマルチフィンガ構造の電界効果型ト
ランジスタ、即ち活性層が同一構造で複数のゲート電極
５及び複数のソース電極４ａとドレイン電極４ｂを有
し、等価的にゲート電極幅を広くしたものについても適
用できることを示す。この場合、複数のゲート電極５
を、対応する複数の突起部を有する１つのバンプ構造７
で接合して、放熱効果を前記実施の形態１と同様に高め
ることができる。

【００２８】なお、本願発明の電界効果型トランジスタ
は、前記実施の形態に限定されるものでなく、ゲート電
極がＴ字状の形状をなしている限り、周知技術の組み合
わせによる他の方法でも本願の構造を得ることは可能で
ある。

【００２９】

【発明の効果】本願発明により電界効果型トランジスタ
の放熱特性が顕著に改良される。この結果、出力を向上
できることは勿論、ウエハの厚さを厚くすることができ
るようになるので、製造工程中にウエハが割れることが
無くなり、良品率を向上させることができる。また、電
界効果型トランジスタの電極間隔を縮小でき、チップ面
積を小さくすることも可能となる。

【００３０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の電界効果型トランジスタの断面を示
す図である。

【図２】本願発明のマルチフィンガ型電界効果型トラン
ジスタの斜視図である。

【図３】本願発明の電界効果型トランジスタの製造方法
を示す図である。

【図４】図３の内容に継続する内容を示す図である。

【図５】従来の、表面から放熱する型の電界効果型トラ
ンジスタの斜視図である。

【図６】従来の、裏面から放熱する型の電界効果型トラ
ンジスタの断面図である。

【符号の説明】

１:：半絶縁性半導体基板 ２：活性層 ３：高濃度層（ｎ＋層） ４ａ：ソース電極 ４ｂ：ドレイン電極 ５：ゲート電極 ６ａ：ソース配線金属 ６ｂ：ドレイン配線金属 ７：バンプ構造 ８：放熱部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の表面上のショットキ接触を
   有するゲート電極と、この両側のオーミック接触を有す
   るソース電極とドレイン電極とから構成される電界効果
   型トランジスタにおいて、前記ゲート電極の上部にバン
   プ構造が形成され、かつこのバンプ構造を介して放熱部
   材が接合されていることを特長とする電界効果型トラン
   ジスタ
2. 【請求項２】 前記ゲート電極の長さ方向又はフィンガ
   ー方向の断面の上部の幅が下部の幅よりも広いＴ字状の
   形状を有することを特長とする請求項１に記載の電界効
   果型トランジスタ
3. 【請求項３】 前記ゲート電極が複数の電極から構成さ
   れ、かつこれら各電極が一つの前記バンプ構造の対応す
   る複数の突起部と接合されていることを特長とする請求
   項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ