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JP6252015B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description

本発明は、半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device.

近年のブロードバンドの進展により、大容量の高速無線通信の要求が高まっている。大容量化に向けて、携帯電話の基地局用増幅器は第3世代が普及し、今後さらに第4世代へと進展していくものと思われる。また、LTE(Long Term Evolution)等の新通信方式も実用化され、今後更に大容量化が進むものと思われる。そのため、より一層の高出力、高効率、小型化、低コスト化が求められている。一方、レーダー用送受信モジュールには、検知距離の拡大や分解能向上等の高性能化に向けた高出力化、広帯域化が求められており、さらに運用コストの削減や冷却器の小型化に向けた高効率化が求められている。このような用途に用いられる半導体装置としては、櫛形ゲート構造のトランジスタがある。   With the recent progress of broadband, the demand for high-capacity high-speed wireless communication is increasing. In order to increase the capacity, the third generation of mobile phone base station amplifiers will spread, and it will be further developed to the fourth generation in the future. Also, a new communication system such as LTE (Long Term Evolution) has been put into practical use, and it is expected that the capacity will further increase in the future. Therefore, further higher output, higher efficiency, smaller size, and lower cost are required. On the other hand, radar transmission / reception modules are required to have higher output and wider bandwidth for higher performance such as increased detection distance and improved resolution, and further to reduce operational costs and downsize coolers. High efficiency is required. As a semiconductor device used for such a purpose, there is a transistor having a comb gate structure.

特開昭56−6476号公報Japanese Patent Laid-Open No. 56-6476 特開昭61−172376号公報JP-A 61-172376 特開平8−172104号公報JP-A-8-172104 特開2003−318319号公報JP 2003-318319 A

ところで、櫛形ゲート構造とは、櫛形ゲート構造の歯に相当する部分に、複数のゲート電極となるゲートフィンガーが設けられており、各々のゲートフィンガーはゲート配線部と接続されている構造のものである。また、ゲート配線部の中央部分においてゲート端子部と接続されており、ゲート端子部よりゲート電圧が印加される。このような櫛形ゲート構造においては、ゲート配線部の中央部分において接続されているゲートフィンガーとゲート配線部の端部において接続されているゲートフィンガーとの間における配線長が異なるため位相差が大きく、高周波における特性が低下してしまう。   By the way, the comb-shaped gate structure has a structure in which gate fingers to be a plurality of gate electrodes are provided in portions corresponding to teeth of the comb-shaped gate structure, and each gate finger is connected to the gate wiring portion. is there. Further, it is connected to the gate terminal portion at the central portion of the gate wiring portion, and a gate voltage is applied from the gate terminal portion. In such a comb-shaped gate structure, the phase difference is large because the wiring length between the gate finger connected at the central portion of the gate wiring portion and the gate finger connected at the end of the gate wiring portion is different, The characteristics at high frequencies are degraded.

よって、櫛形ゲート構造のトランジスタにおいて、高周波における特性が良好なトランジスタが求められている。   Therefore, there is a demand for a transistor having good characteristics at high frequencies among transistors having a comb gate structure.

本実施の形態の一観点によれば、一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のゲートフィンガーと、前記ゲートフィンガーの前記一方の端と接続されるゲート配線部と、前記ゲート配線部の中心部分と接続されているゲート電圧が供給されるゲート端子部と、一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のソースフィンガーと、前記ソースフィンガーの前記一方の端と接続されるソース配線部と、一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のドレインフィンガーと、前記ドレインフィンガーの前記一方の端と接続されるドレイン配線部と、を有し、前記ゲートフィンガーは、前記ソースフィンガーと前記ドレインフィンガーとの間に形成されており、前記ソースフィンガーにおける前記一方の端から前記他方の端に向かう方向と、前記ドレインフィンガーにおける前記一方の端から前記他方の端に向かう方向は、反対方向であって、前記ゲート配線部は、前記ゲート端子部の近傍の配線幅傾斜領域と、一定の配線幅の細幅配線領域と、により形成されており、前記配線幅傾斜領域は、前記ゲートフィンガーの前記一方の端から前記他方の端を結ぶ方向における幅が、前記ゲート端子部の近傍において最も広く、前記ゲート端子部から離れるに伴い徐々に幅が狭くなっており、前記ゲート配線部においては、前記細幅配線領域の配線幅が最も狭く、前記細幅配線領域と、前記ソース配線部と接続されるソース接続配線部とは、上面視で重なっており、前記ソース配線部は、前記ゲート配線部と前記ドレイン配線部との間に設けられており、前記ソース接続配線部に接続されたソース電圧が供給されるソース端子部が設けられており、前記ソース端子部は、前記ソース配線部よりも前記ゲート端子部側に設けられていることを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, a plurality of gate fingers elongated from one end to the other end, a gate wiring portion connected to the one end of the gate finger, and the gate A gate terminal connected to the central portion of the wiring portion to which a gate voltage is supplied, a plurality of source fingers formed elongated from one end toward the other end, and the one end of the source finger A source wiring portion to be connected; a plurality of drain fingers formed elongated from one end toward the other end; and a drain wiring portion connected to the one end of the drain finger, The gate finger is formed between the source finger and the drain finger, and the gate finger extends from the one end of the source finger. A direction toward one end of the drain finger and a direction from the one end toward the other end of the drain finger are opposite directions, and the gate wiring portion includes a wiring width inclined region in the vicinity of the gate terminal portion and A narrow wiring region having a constant wiring width, and the wiring width inclined region has a width in a direction connecting the one end of the gate finger to the other end of the gate terminal portion. It is widest in the vicinity and gradually becomes narrower as it moves away from the gate terminal portion. In the gate wiring portion, the wiring width of the narrow wiring region is the narrowest, and the narrow wiring region and the source the source connection wiring portion is connected to the wiring portion is overlapped in a top view, the source wiring portion is provided between the drain wiring portion and the gate wiring part, the source The source terminal portion connected to the source voltage to the scan connecting wiring part is supplied are provided, the source terminal portion, characterized in that provided in the gate terminal portion side of the source wiring portion .

開示の半導体装置によれば、櫛形ゲート構造のトランジスタにおいて、高周波における特性を向上させることができる。   According to the disclosed semiconductor device, high-frequency characteristics can be improved in a comb-gate transistor.

櫛形ゲート構造の半導体装置の構造図Structure diagram of semiconductor device with comb-shaped gate structure 第1の実施の形態における半導体装置の構造図Structure diagram of the semiconductor device in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体装置の断面図Sectional drawing of the semiconductor device in 1st Embodiment 半導体装置における周波数と最大利得との相関図Correlation diagram between frequency and maximum gain in semiconductor devices 図1に示す構造の半導体装置の電気特性図Electrical characteristics diagram of semiconductor device having structure shown in FIG. 第1の実施の形態における半導体装置の電気特性図Electrical characteristics diagram of semiconductor device in first embodiment 複数のトランジスタが設けられた第1の実施の形態における半導体装置の構造図Structural diagram of the semiconductor device according to the first embodiment provided with a plurality of transistors 第2の実施の形態における半導体装置の構造図Structure diagram of semiconductor device according to second embodiment 第2の実施の形態における半導体装置の断面図Sectional drawing of the semiconductor device in 2nd Embodiment

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。   The form for implementing is demonstrated below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

〔第1の実施の形態〕
最初に、櫛形ゲート構造のトランジスタについて説明する。図1に示されるように、櫛形ゲート構造のトランジスタは、一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のゲート電極となるゲートフィンガー911等が複数設けられている。各々のゲートフィンガー911の一方の端はゲート配線部912に接続されており、ゲート配線部912は、ゲート配線部912の中央部分においてゲート端子部913と接続されており、ゲート端子部913よりゲート電圧が印加される。
[First Embodiment]
First, a transistor having a comb gate structure will be described. As shown in FIG. 1, a transistor having a comb gate structure is provided with a plurality of gate fingers 911 and the like that are a plurality of gate electrodes that are elongated from one end to the other end. One end of each gate finger 911 is connected to the gate wiring portion 912, and the gate wiring portion 912 is connected to the gate terminal portion 913 at the central portion of the gate wiring portion 912, and the gate terminal portion 913 receives the gate. A voltage is applied.

このような櫛形ゲート構造のトランジスタでは、通常、ソース電極及びドレイン電極も櫛形に形成されている。具体的には、ソースフィンガーとなる複数のソース電極921は、一方の端から他方の端に向かって細長く形成されており、複数のソース電極921の一方の端は、ソース端子部922に接続されている。ソース端子部922は、ビアホール923を介して接地されている。同様に、ドレインフィンガーとなる複数のドレイン電極931は、一方の端から他方の端に向かって細長く形成されており、複数のドレイン電極931の一方の端は、ドレイン配線部932と接続されている。また、ドレイン配線部932は、ドレイン配線部932の中央部分においてドレイン端子部933と接続されており、ドレイン端子部933を介しドレイン電圧が印加される。   In such a comb gate transistor, the source electrode and the drain electrode are usually formed in a comb shape. Specifically, the plurality of source electrodes 921 serving as source fingers are formed to be elongated from one end to the other end, and one end of the plurality of source electrodes 921 is connected to the source terminal portion 922. ing. The source terminal portion 922 is grounded via the via hole 923. Similarly, the plurality of drain electrodes 931 serving as drain fingers are formed to be elongated from one end to the other end, and one end of the plurality of drain electrodes 931 is connected to the drain wiring portion 932. . The drain wiring portion 932 is connected to the drain terminal portion 933 at the central portion of the drain wiring portion 932, and a drain voltage is applied through the drain terminal portion 933.

櫛形ゲート構造のトランジスタにおいては、ゲートフィンガー911、ソース電極921及びドレイン電極931は、相互に延びる方向が平行、即ち、長手方向となる方向が平行となるように形成されている。また、ソース電極921とドレイン電極931との間には、1つのゲートフィンガー911が形成されている。   In the transistor having a comb-shaped gate structure, the gate finger 911, the source electrode 921, and the drain electrode 931 are formed so that their extending directions are parallel, that is, the longitudinal direction is parallel. In addition, one gate finger 911 is formed between the source electrode 921 and the drain electrode 931.

ここで、高電圧に対応した半導体装置である場合、ドレイン電極931に至るまでの配線の上にソース電極921に至るまでの配線が形成されていると、配線間に形成される層間絶縁膜の厚さが十分でない場合には、相互に影響を受けロスが生じるため好ましくない。このため、高電圧に対応した半導体装置においては、図1に示すように、ソース電極921及びドレイン電極931を中心に、ソース端子部922とドレイン配線部932との位置が、反対となるように形成されている構造が好ましい。   Here, in the case of a semiconductor device corresponding to a high voltage, if a wiring reaching the source electrode 921 is formed on a wiring reaching the drain electrode 931, an interlayer insulating film formed between the wirings is formed. If the thickness is not sufficient, it is influenced by each other and loss occurs, which is not preferable. For this reason, in the semiconductor device corresponding to the high voltage, as shown in FIG. 1, the positions of the source terminal portion 922 and the drain wiring portion 932 are opposite to each other around the source electrode 921 and the drain electrode 931. The formed structure is preferred.

即ち、ソース電極921における一方の端から他方の端に向かう方向と、ドレイン電極931における一方の端から他方の端に向かう方向とは、反対方向となるように形成されている構造が好ましい。   That is, a structure in which the direction from one end to the other end of the source electrode 921 and the direction from one end to the other end of the drain electrode 931 are opposite to each other is preferable.

このように、ソース端子部922とドレイン配線部932との位置が、反対となるように形成することにより、ドレイン電極931に至るまでの配線の上に、ソース電極921に至るまでの配線が形成されていないため、ロスが生じることを防ぐことができる。尚、上述した問題は、層間絶縁膜の厚さを厚くすることによっても解決することができるが、この場合、層間絶縁膜を形成するための時間を要し、コストアップにつながる。また、層間絶縁膜が厚いと形成される配線において断線等が生じやすくなるといった問題があるため、好ましくない。   In this manner, by forming the source terminal portion 922 and the drain wiring portion 932 so as to be opposite to each other, the wiring reaching the source electrode 921 is formed on the wiring reaching the drain electrode 931. Therefore, loss can be prevented from occurring. The above-described problem can be solved by increasing the thickness of the interlayer insulating film, but in this case, it takes time to form the interlayer insulating film, leading to an increase in cost. Further, when the interlayer insulating film is thick, there is a problem that disconnection or the like is likely to occur in the formed wiring, which is not preferable.

また、図1に示す構造のトランジスタにおいては、ゲートフィンガー911αとゲートフィンガー911βとでは、ゲート配線部912に接続されている位置が異なるため、ゲート端子部913からの配線長が異なる。このため、ゲートフィンガー911αとゲートフィンガー911βとの間で位相差が生じてしまい、高周波における特性が低下してしまう。   In the transistor having the structure shown in FIG. 1, the gate finger 911α and the gate finger 911β have different wiring lengths from the gate terminal portion 913 because the positions connected to the gate wiring portion 912 are different. For this reason, a phase difference is generated between the gate finger 911α and the gate finger 911β, and the characteristics at high frequencies are deteriorated.

(半導体装置)
次に、本実施の形態における半導体装置であるトランジスタについて、図2及び図3に基づき説明する。本実施における半導体装置10は、櫛形ゲート構造のトランジスタである。尚、図3(a)は、図2における一点鎖線2A−2Bにおいて切断した断面図であり、図3(b)は、図2における一点鎖線2C−2Dにおいて切断した断面図であり、図3(c)は、図2における一点鎖線2E−2Fにおいて切断した断面図である。
(Semiconductor device)
Next, a transistor which is a semiconductor device in this embodiment will be described with reference to FIGS. The semiconductor device 10 in this embodiment is a comb-gate transistor. 3A is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 2A-2B in FIG. 2, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 2C-2D in FIG. (C) is sectional drawing cut | disconnected in the dashed-dotted line 2E-2F in FIG.

具体的には、本実施の形態におけるトランジスタは、半導体基板100の上に、複数のゲート電極となるゲートフィンガー111、複数のソースフィンガーとなるソース電極121、複数のドレインフィンガーとなるドレイン電極131が形成されている。尚、半導体基板100の上に、窒化物半導体により電子走行層101及び電子供給層102等が形成されており、これにより半導体回路が形成されている。ゲートフィンガー111、ソース電極121、ドレイン電極131は、このように形成された電子供給層102の上に形成されている。本実施の形態においては、半導体基板100には、SiC基板、GaN基板等が用いられており、電子走行層101はGaN等により形成されており、電子供給層102はAlGaN等により形成されている。   Specifically, the transistor in this embodiment includes a gate finger 111 serving as a plurality of gate electrodes, a source electrode 121 serving as a plurality of source fingers, and a drain electrode 131 serving as a plurality of drain fingers on the semiconductor substrate 100. Is formed. Note that an electron transit layer 101, an electron supply layer 102, and the like are formed of a nitride semiconductor on the semiconductor substrate 100, thereby forming a semiconductor circuit. The gate finger 111, the source electrode 121, and the drain electrode 131 are formed on the electron supply layer 102 thus formed. In the present embodiment, a SiC substrate, a GaN substrate, or the like is used as the semiconductor substrate 100, the electron transit layer 101 is formed of GaN or the like, and the electron supply layer 102 is formed of AlGaN or the like. .

また、半導体基板100、ゲートフィンガー111、ソース電極121、ドレイン電極131の上には、窒化シリコンまたはポリイミド等の樹脂材料により層間絶縁膜となる絶縁膜140が形成されている。   In addition, an insulating film 140 serving as an interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate 100, the gate finger 111, the source electrode 121, and the drain electrode 131 using a resin material such as silicon nitride or polyimide.

図2に示されるように、複数のゲート電極となる各々のゲートフィンガー111は、一方の端111aから他方の端111bに向かって細長く形成されており、ゲートフィンガー111の一方の端111aは、ゲート配線部112に接続されている。ゲート配線部112は、ゲート配線部112の中央部分においてゲート端子部113と接続されており、ゲート端子部113よりゲート電圧が印加される。   As shown in FIG. 2, each gate finger 111 to be a plurality of gate electrodes is elongated from one end 111a to the other end 111b, and one end 111a of the gate finger 111 is a gate It is connected to the wiring part 112. The gate wiring portion 112 is connected to the gate terminal portion 113 at the central portion of the gate wiring portion 112, and a gate voltage is applied from the gate terminal portion 113.

また、複数のソース電極121は、一方の端121aから他方の端121bに向かって細長く形成されており、ソース電極121の一方の端121aは、ソース配線部122と接続されている。ソース配線部122は、ソース配線部122の端部の近傍においてソース接続配線部123を介し、ソース端子部124と接続されており、ソース端子部124は、ビアホール125を介して接地されている。同様に、複数のドレイン電極131は、一方の端131aから他方の端131bに向かって細長く形成されており、ドレイン電極131の一方の端131aは、ドレイン配線部132と接続されている。ドレイン配線部132の中央部分においてドレイン端子部133と接続されており、ドレイン端子部133を介しドレイン電圧が印加される。   The plurality of source electrodes 121 are elongated from one end 121 a to the other end 121 b, and one end 121 a of the source electrode 121 is connected to the source wiring portion 122. The source wiring portion 122 is connected to the source terminal portion 124 via the source connection wiring portion 123 in the vicinity of the end portion of the source wiring portion 122, and the source terminal portion 124 is grounded via the via hole 125. Similarly, the plurality of drain electrodes 131 are elongated from one end 131a to the other end 131b, and one end 131a of the drain electrode 131 is connected to the drain wiring portion 132. The drain wiring portion 132 is connected to the drain terminal portion 133 at the center portion, and a drain voltage is applied through the drain terminal portion 133.

本実施の形態においては、ゲートフィンガー111、ソース電極121及びドレイン電極131は、延びる方向が平行、即ち、長手方向となる方向が平行となるように形成されている。また、ソース電極121とドレイン電極131との間には、1つのゲートフィンガー111が形成されている。   In the present embodiment, the gate finger 111, the source electrode 121, and the drain electrode 131 are formed so that the extending directions are parallel, that is, the longitudinal direction is parallel. One gate finger 111 is formed between the source electrode 121 and the drain electrode 131.

本実施の形態においては、図2に示すように、ソース電極121及びドレイン電極131を中心に、ソース配線部122とドレイン配線部132との位置が、反対となるように形成されている。即ち、ソース電極121において一方の端121aから他方の端121bに向かう方向と、ドレイン電極131において一方の端131aから他方の端131bに向かう方向とは、反対方向となるように形成されている。また、ゲートフィンガー111及びドレイン電極131を中心に、ゲート配線部112とドレイン配線部132との位置が、反対となるように形成されている。即ち、ゲートフィンガー111において一方の端111aから他方の端111bに向かう方向と、ドレイン電極131において一方の端131aから他方の端131bに向かう方向とは、反対方向となるように形成されている。尚、本実施の形態においては、ゲートフィンガー111は、幅が約0.25μm、長さが約100μmであり、ソース電極121は、幅が約20μm、長さが約70μmであり、ドレイン電極131は、幅が約20μm、長さが約100μmである。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the source wiring part 122 and the drain wiring part 132 are formed so as to be opposite to each other with the source electrode 121 and the drain electrode 131 as the center. That is, the source electrode 121 is formed so that the direction from one end 121a to the other end 121b and the direction from the one end 131a to the other end 131b in the drain electrode 131 are opposite to each other. Further, the gate wiring part 112 and the drain wiring part 132 are formed so as to be opposite to each other with the gate finger 111 and the drain electrode 131 as the center. That is, the direction from the one end 111a to the other end 111b in the gate finger 111 and the direction from the one end 131a to the other end 131b in the drain electrode 131 are opposite to each other. In this embodiment, the gate finger 111 has a width of about 0.25 μm and a length of about 100 μm, the source electrode 121 has a width of about 20 μm and a length of about 70 μm, and the drain electrode 131. Has a width of about 20 μm and a length of about 100 μm.

本実施の形態においては、図3(b)に示されるように、ソース配線部122は、ゲートフィンガー111及びドレイン電極131の上を横切るように、絶縁膜140の上に形成されている。図3(c)に示されるように、ソース配線部122とソース端子部124とを接続するソース接続配線部123の一部は、ゲート配線部112における細幅配線領域112bの上を横切るように、絶縁膜140の上に形成されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the source wiring portion 122 is formed on the insulating film 140 so as to cross over the gate finger 111 and the drain electrode 131. As shown in FIG. 3C, a part of the source connection wiring portion 123 that connects the source wiring portion 122 and the source terminal portion 124 crosses over the narrow wiring region 112 b in the gate wiring portion 112. And formed on the insulating film 140.

本実施の形態においては、ゲート配線部112は、配線幅傾斜領域112aと、一定の配線幅で形成されている細幅配線領域112bとを有している。具体的には、ゲート配線部112は、ゲート端子部113の近傍に配線幅傾斜領域112aが形成されており、ゲート端子部113から離れた領域に一定の配線幅領域112bが形成されている。配線幅傾斜領域112aは、ゲート端子部113の近傍において最も幅が広く形成されており、ゲート端子部113から離れるに伴い徐々に幅が狭くなるように形成されている。一定の配線幅領域112bは、配線幅傾斜領域112aの最も幅が狭くなった部分と接続されている。このように、ゲート配線部112に、配線幅傾斜領域112aを形成することにより、配線幅傾斜領域112aにおける抵抗を低くすることができるため、高周波における特性を向上させることができる。   In the present embodiment, the gate wiring portion 112 has a wiring width inclined region 112a and a narrow wiring region 112b formed with a constant wiring width. Specifically, in the gate wiring portion 112, a wiring width inclined region 112a is formed in the vicinity of the gate terminal portion 113, and a constant wiring width region 112b is formed in a region away from the gate terminal portion 113. The wiring width inclined region 112a is formed to be the widest in the vicinity of the gate terminal portion 113, and is formed so that the width gradually decreases as the distance from the gate terminal portion 113 increases. The constant wiring width region 112b is connected to the narrowest portion of the wiring width inclined region 112a. As described above, by forming the wiring width inclined region 112a in the gate wiring portion 112, the resistance in the wiring width inclined region 112a can be lowered, so that the characteristics at high frequency can be improved.

(半導体装置の特性)
次に、本実施の形態における半導体装置と図1に示す構造の半導体装置とにおいて測定した特性について説明する。図4は、半導体装置における最大利得の周波数依存性を示すものであり、特性4Aは本実施の形態における半導体装置の最大利得の周波数特性を示し、特性4Bは図1に示す構造の半導体装置の最大利得の周波数特性を示す。特性4Bに示されるように、図1に示す構造の半導体装置においては、最大利得が0dBとなる周波数は、31.4GHzであった。これに対し、特性4Aに示されるように、本実施の形態における半導体装置においては、最大利得が0dBとなる周波数は、41.4GHzであった。このように、本実施の形態における半導体装置においては、図1に示す構造の半導体装置よりも、最大利得が0dBとなる周波数を約1.3倍向上させることができる。
(Characteristics of semiconductor devices)
Next, characteristics measured in the semiconductor device in this embodiment and the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 will be described. FIG. 4 shows the frequency dependence of the maximum gain in the semiconductor device. Characteristic 4A shows the frequency characteristic of the maximum gain of the semiconductor device in this embodiment, and characteristic 4B shows the semiconductor device having the structure shown in FIG. The frequency characteristics of maximum gain are shown. As shown by the characteristic 4B, in the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1, the frequency at which the maximum gain is 0 dB is 31.4 GHz. On the other hand, as shown in characteristic 4A, in the semiconductor device in the present embodiment, the frequency at which the maximum gain is 0 dB is 41.4 GHz. Thus, in the semiconductor device according to the present embodiment, the frequency at which the maximum gain becomes 0 dB can be improved by about 1.3 times as compared with the semiconductor device having the structure shown in FIG.

次に、図1に示す構造の半導体装置において、出力電力、利得、PAE(電力効率)、ドレイン効率を測定した結果を図5に示し、本実施の形態における半導体装置において、出力電力、利得、PAE、ドレイン効率を測定した結果を図6に示す。   Next, FIG. 5 shows results of measuring output power, gain, PAE (power efficiency), and drain efficiency in the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1. In the semiconductor device in this embodiment, output power, gain, The results of measuring PAE and drain efficiency are shown in FIG.

図1に示す構造の半導体装置では、図5において入力電力が最大となる26.5dBmにおいては、出力電力は、36dBmであり、PAEは48.5%であった。これに対し
、本実施の形態における半導体装置では、図6において入力電力が最大となる25.5dBmにおいては、出力電力は、36.5dBmであり、PAEは50.5%であった。よって、本実施の形態における半導体装置は、図1に示す構造の半導体装置に対して、出力電力を0.5dBm(約10%)向上させることができ、また、PAEを2%向上させることができる。
In the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1, the output power is 36 dBm and the PAE is 48.5% at 26.5 dBm where the input power is maximum in FIG. On the other hand, in the semiconductor device according to the present embodiment, the output power was 36.5 dBm and the PAE was 50.5% at 25.5 dBm where the input power was maximum in FIG. Therefore, the semiconductor device in this embodiment can improve the output power by 0.5 dBm (about 10%) and improve the PAE by 2% compared to the semiconductor device having the structure shown in FIG. it can.

以上のように、本実施の形態における半導体装置は、図1に示す構造の半導体装置に比べて、高周波化、高出力化、高効率化することができる。   As described above, the semiconductor device in this embodiment can have higher frequency, higher output, and higher efficiency than the semiconductor device having the structure illustrated in FIG.

本実施の形態は、図2に示される構造の半導体装置10を複数接続した構造のものであってもよい。例えば、図7に示されるように、図2に示される構造の半導体装置10を2以上形成し、各々の半導体装置10におけるゲート配線部112同士を接続し、ソース配線部122同士を接続した構造のものであってもよい。これにより、出力をさらに増大させることができる。   The present embodiment may have a structure in which a plurality of semiconductor devices 10 having the structure shown in FIG. 2 are connected. For example, as shown in FIG. 7, two or more semiconductor devices 10 having the structure shown in FIG. 2 are formed, the gate wiring portions 112 in each semiconductor device 10 are connected, and the source wiring portions 122 are connected. It may be. As a result, the output can be further increased.

また、本実施の形態における半導体装置は、高出力モノシリック集積回路(MMIC)に用いることも可能である。具体的には、半導体基板上に、本実施の形態における半導体装置とコンデンサ、抵抗等の電子素子(受動素子等)を形成し、これらを配線により接続することにより、高出力モノシリック集積回路を形成することができる。このように形成された高出力モノシリック集積回路は、従来のものと比べて、高出力化、高効率化したものとなる。   The semiconductor device in this embodiment can also be used for a high-power monolithic integrated circuit (MMIC). Specifically, a semiconductor device according to the present embodiment and electronic elements (passive elements, etc.) such as capacitors and resistors are formed on a semiconductor substrate, and these are connected by wiring to form a high output monolithic integrated circuit. can do. The high-power monolithic integrated circuit formed as described above has higher output and higher efficiency than the conventional one.

〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、層間絶縁膜となる絶縁膜140を形成することなく、配線の一部をエアブリッジ構造にしたものである。このような構造の半導体装置であっても、第1の実施の形態における半導体装置と同様の効果を得ることができる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In this embodiment, a part of the wiring has an air bridge structure without forming the insulating film 140 to be an interlayer insulating film. Even with the semiconductor device having such a structure, it is possible to obtain the same effect as that of the semiconductor device according to the first embodiment.

本実施の形態における半導体装置であるトランジスタについて、図8及び図9に基づき説明する。尚、図9(a)は、図8における一点鎖線8A−8Bにおいて切断した断面図であり、図9(b)は、図8における一点鎖線8C−8Dにおいて切断した断面図であり、図9(c)は、図8における一点鎖線8E−8Fにおいて切断した断面図である。   A transistor which is a semiconductor device in this embodiment will be described with reference to FIGS. 9A is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 8A-8B in FIG. 8, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 8C-8D in FIG. (C) is sectional drawing cut | disconnected by the dashed-dotted line 8E-8F in FIG.

本実施の形態においては、図9(a)に示されるように、半導体基板100の上に、複数のゲート電極となるゲートフィンガー111、ソース電極121、ドレイン電極131が形成されている。図9(b)に示されるように、ソース配線部122は、ゲートフィンガー111及びドレイン電極131の上を横切るように、ゲートフィンガー111及びドレイン電極131の上方にエアブリッジ構造により形成されている。図9(c)に示されるように、ソース配線部122とソース端子部124とを接続するソース接続配線部123の一部は、ゲート配線部112における細幅配線領域112bの上を横切るように、ゲート配線部112の上方にエアブリッジ構造により形成されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 9A, a gate finger 111, a source electrode 121, and a drain electrode 131 that are a plurality of gate electrodes are formed on a semiconductor substrate 100. As shown in FIG. 9B, the source wiring part 122 is formed by an air bridge structure above the gate finger 111 and the drain electrode 131 so as to cross over the gate finger 111 and the drain electrode 131. As shown in FIG. 9C, a part of the source connection wiring portion 123 that connects the source wiring portion 122 and the source terminal portion 124 crosses over the narrow wiring region 112b in the gate wiring portion 112. An air bridge structure is formed above the gate wiring portion 112.

尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。   The contents other than the above are the same as in the first embodiment.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。   Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のゲートフィンガーと、
前記ゲートフィンガーの一方の端と接続されるゲート配線部と、
前記ゲート配線部の中心部分と接続されているゲート電圧が供給されるゲート端子部と、
一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のソースフィンガーと、
前記ソースフィンガーの一方の端と接続されるソース配線部と、
一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のドレインフィンガーと、
前記ドレインフィンガーの一方の端と接続されるドレイン配線部と、
を有し、
前記ゲートフィンガーは、前記ソースフィンガーと前記ドレインフィンガーとの間に形成されており、
前記ソースフィンガーにおける一方の端から他方の端に向かう方向と、前記ドレインフィンガーにおける一方の端から他方の端に向かう方向は、反対方向であって、
前記ゲート配線部は、前記ゲート端子部近傍における幅が最も広く、前記ゲート端子部から離れるに伴い徐々に幅が狭くなる配線幅傾斜領域を有していることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記ゲートフィンガーにおける一方の端から他方の端に向かう方向と、前記ドレインフィンガーにおける一方の端から他方の端に向かう方向は、反対方向であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記ゲートフィンガーの上には、絶縁膜が形成されており、
前記絶縁膜を介した前記ゲートフィンガーの上方には、前記ソース配線部が形成されていることを特徴とする付記1または2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記ゲートフィンガーの上方には、前記ソース配線部が形成されており、
前記ゲートフィンガーと前記ソース配線部とは、空間的に離れていることを特徴とする付記1または2に記載の半導体装置。
(付記5)
前記ゲート配線部は、細幅配線領域を有しており、
前記細幅配線領域は、前記配線幅傾斜領域における前記ゲート端子部から最も離れた部分において接続されており、
前記ゲート配線部における前記細幅配線領域の上には、前記絶縁膜が形成されており、
前記絶縁膜を介した前記細幅配線領域の上方には、接地されているソース端子部と前記ソース配線部とを接続するソース接続配線部が形成されていることを特徴とする付記3に記載の半導体装置。
(付記6)
前記ゲート配線部は、細幅配線領域を有しており、
前記細幅配線領域は、前記配線幅傾斜領域における前記ゲート端子部から最も離れた部分において接続されており、
前記ゲート配線部における前記細幅配線領域の上方には、接地されているソース端子部と前記ソース配線部とを接続するソース接続配線部が形成されており、
前記ソース接続配線部と前記ゲート配線部における前記細幅配線領域とは、空間的に離れていることを特徴とする付記4に記載の半導体装置。
(付記7)
前記ゲートフィンガー、前記ゲート配線部、前記ゲート端子部、前記ソースフィンガー、前記ソース配線部、前記ドレインフィンガー及び前記ドレイン配線部は、基板の上に形成された半導体層の上に形成されるものであって、
前記半導体層は、窒化物半導体を含む材料により形成されていることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8)
前記基板の上には、電子素子が形成されていることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の半導体装置。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A plurality of gate fingers formed elongated from one end to the other end;
A gate wiring portion connected to one end of the gate finger;
A gate terminal to which a gate voltage connected to a central portion of the gate wiring portion is supplied;
A plurality of source fingers formed elongated from one end toward the other end;
A source wiring portion connected to one end of the source finger;
A plurality of drain fingers formed elongated from one end to the other end;
A drain wiring portion connected to one end of the drain finger;
Have
The gate finger is formed between the source finger and the drain finger;
The direction from one end to the other end of the source finger and the direction from one end to the other end of the drain finger are opposite directions,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate wiring portion has a wiring width inclined region that is widest in the vicinity of the gate terminal portion and gradually decreases as the distance from the gate terminal portion increases.
(Appendix 2)
The semiconductor device according to appendix 1, wherein a direction from one end to the other end of the gate finger and a direction from one end to the other end of the drain finger are opposite directions.
(Appendix 3)
An insulating film is formed on the gate finger,
3. The semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the source wiring portion is formed above the gate finger through the insulating film.
(Appendix 4)
The source wiring portion is formed above the gate finger,
The semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the gate finger and the source wiring portion are spatially separated.
(Appendix 5)
The gate wiring portion has a narrow wiring region,
The narrow wiring region is connected at a portion farthest from the gate terminal portion in the wiring width inclined region,
The insulating film is formed on the narrow wiring region in the gate wiring portion,
The source connection wiring portion for connecting the grounded source terminal portion and the source wiring portion to each other is formed above the narrow wiring region via the insulating film. Semiconductor device.
(Appendix 6)
The gate wiring portion has a narrow wiring region,
The narrow wiring region is connected at a portion farthest from the gate terminal portion in the wiring width inclined region,
Above the narrow wiring region in the gate wiring portion, a source connection wiring portion that connects the grounded source terminal portion and the source wiring portion is formed,
The semiconductor device according to appendix 4, wherein the source connection wiring portion and the narrow wiring region in the gate wiring portion are spatially separated.
(Appendix 7)
The gate finger, the gate wiring part, the gate terminal part, the source finger, the source wiring part, the drain finger and the drain wiring part are formed on a semiconductor layer formed on a substrate. There,
The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the semiconductor layer is made of a material including a nitride semiconductor.
(Appendix 8)
8. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 7, wherein an electronic element is formed on the substrate.

10 半導体装置
100 半導体基板
101 電子走行層
102 電子供給層
111 ゲートフィンガー(ゲート電極)
112 ゲート配線部
112a 配線幅傾斜領域
112b 細幅配線領域
113 ゲート端子部
121 ソース電極(ソースフィンガー)
122 ソース配線部
123 ソース接続配線部
124 ソース端子部
125 ビアホール
131 ドレイン電極(ドレインフィンガー)
132 ドレイン配線部
133 ドレイン端子部
140 絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor device 100 Semiconductor substrate 101 Electron travel layer 102 Electron supply layer 111 Gate finger (gate electrode)
112 Gate wiring portion 112a Wiring width inclined region 112b Narrow wiring region 113 Gate terminal portion 121 Source electrode (source finger)
122 Source wiring portion 123 Source connection wiring portion 124 Source terminal portion 125 Via hole 131 Drain electrode (drain finger)
132 Drain wiring portion 133 Drain terminal portion 140 Insulating film

Claims (5)

一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のゲートフィンガーと、
前記ゲートフィンガーの前記一方の端と接続されるゲート配線部と、
前記ゲート配線部の中心部分と接続されているゲート電圧が供給されるゲート端子部と、
一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のソースフィンガーと、
前記ソースフィンガーの前記一方の端と接続されるソース配線部と、
一方の端から他方の端に向かって細長く形成された複数のドレインフィンガーと、
前記ドレインフィンガーの前記一方の端と接続されるドレイン配線部と、
を有し、
前記ゲートフィンガーは、前記ソースフィンガーと前記ドレインフィンガーとの間に形成されており、
前記ソースフィンガーにおける前記一方の端から前記他方の端に向かう方向と、前記ドレインフィンガーにおける前記一方の端から前記他方の端に向かう方向は、反対方向であって、
前記ゲート配線部は、前記ゲート端子部の近傍の配線幅傾斜領域と、一定の配線幅の細幅配線領域と、により形成されており、
前記配線幅傾斜領域は、前記ゲートフィンガーの前記一方の端から前記他方の端を結ぶ方向における幅が、前記ゲート端子部の近傍において最も広く、前記ゲート端子部から離れるに伴い徐々に幅が狭くなっており、
前記ゲート配線部においては、前記細幅配線領域の配線幅が最も狭く、
前記細幅配線領域と、前記ソース配線部と接続されるソース接続配線部とは、上面視で重なっており、
前記ソース配線部は、前記ゲート配線部と前記ドレイン配線部との間に設けられており、
前記ソース接続配線部に接続されたソース電圧が供給されるソース端子部が設けられており、
前記ソース端子部は、前記ソース配線部よりも前記ゲート端子部側に設けられていることを特徴とする半導体装置。
A plurality of gate fingers formed elongated from one end to the other end;
A gate wiring portion connected to the one end of the gate finger;
A gate terminal to which a gate voltage connected to a central portion of the gate wiring portion is supplied;
A plurality of source fingers formed elongated from one end toward the other end;
A source wiring portion connected to the one end of the source finger;
A plurality of drain fingers formed elongated from one end to the other end;
A drain wiring portion connected to the one end of the drain finger;
Have
The gate finger is formed between the source finger and the drain finger;
The direction from the one end of the source finger toward the other end and the direction from the one end of the drain finger toward the other end are opposite directions,
The gate wiring portion is formed by a wiring width inclined region in the vicinity of the gate terminal portion and a narrow wiring region having a constant wiring width,
The wiring width inclined region is widest in the direction connecting the one end of the gate finger to the other end in the vicinity of the gate terminal portion, and gradually becomes narrower as the gate terminal portion moves away. And
In the gate wiring portion, the wiring width of the narrow wiring area is the narrowest,
The narrow wiring region and the source connection wiring part connected to the source wiring part overlap in a top view,
The source wiring portion is provided between the gate wiring portion and the drain wiring portion ,
A source terminal portion to which a source voltage connected to the source connection wiring portion is supplied is provided,
The semiconductor device, wherein the source terminal portion is provided closer to the gate terminal portion than the source wiring portion .
前記ゲートフィンガーにおける前記一方の端から前記他方の端に向かう方向と、前記ドレインフィンガーにおける前記一方の端から前記他方の端に向かう方向は、反対方向であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A direction toward the other end from the one end of the gate fingers, a direction toward the other end from the one end of the drain finger, according to claim 1, characterized in that in the opposite direction Semiconductor device. 前記細幅配線領域と前記ソース接続配線部との間には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 Wherein between the narrow wiring region and the source connection wiring portion, the semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein an insulating film is formed. 前記ゲートフィンガーの上には、絶縁膜が形成されており、
前記絶縁膜を介した前記ゲートフィンガーの上方には、前記ソース配線部が形成されていることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の半導体装置。
An insulating film is formed on the gate finger,
Wherein the above said gate fingers through the insulating film, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the source wiring portion is formed.
前記ゲートフィンガーの上方には、前記ソース配線部が形成されており、
前記ゲートフィンガーと前記ソース配線部とは、空間的に離れていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
The source wiring portion is formed above the gate finger,
Wherein the gate fingers and the source wiring portion, the semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that spatially separated.
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