[发明专利]场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及场效应晶体管及其制造方法，尤其涉及适合用于数 GHz以上的微米波段、毫米波段的以砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN) 为主成分的场效应晶体管及其制造方法。

背景技术

利用微米波及毫米波段的无线通信市场，随着卫星通信或60GHz 波段的高速大容量通信系统或70～80GHz波段的车载雷达系统等的 普及，有越来越扩大的倾向。在这些高频波段信号的收发部中，使用 很多在化合物半导体特别是砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)等的化 合物半导体外延层衬底上层叠的称为MESFET、HFET及HEMT的场 效应晶体管(下面称为FET)。

为了无线通信市场的扩大所需的收发器的低成本化，从气密密封 包装(package)变化到非气密型或模制(mold)密封型是很有效的方 法，但是使用化合物半导体的场效应晶体管通常对湿度的抵抗力弱， 单个芯片需要高耐湿化。

提高耐湿性的有效对策是通过在半导体表面层叠耐湿性保护膜 来防止水分到达半导体表面的方法，但是被覆耐湿性保护膜，一般伴 随晶体管的特性劣化。在场效应晶体管的场合，因在栅极电极与半导 体表面或者源极和漏极电极之间的空间隔着绝缘保护膜而增大栅极 电容，结果使器件特性恶化。

一般在用于高输出放大器的FET中往往采用对降低栅极电阻有 效的T型栅极结构。在T型栅极结构中栅极的伞下，与半导体层之间 有洞穴，但是通过层叠绝缘保护膜来填充该伞下洞穴，就会使上述的 栅极电容进一步增大，并使微米波、毫米波段的增益特性下降。

作为兼顾高耐湿性膜的保护和抑制栅极电容增大的尝试，例如有 专利文献1(日本特开2008-98400号公报)的方案。在专利文献1 所记载的场效应晶体管中，通过T型栅极伞下的洞穴化来抑制栅极电 容的增大。

在上述专利文献1中，利用T型栅极伞下的洞穴化来抑制栅极电 容的增大。但是，仅将T型栅极伞下洞穴化的情况下，因沉积在栅极 伞外侧的高耐湿绝缘膜的影响而无法避免一定的栅极电容的增大，结 果存在引起增益下降的问题。

在下述的表1中，示出评价3种GaAs-pHEMT结构在10GHz 的增益(MSG)的结果。伞下洞穴化的晶体管结构与伞下被填充的结 构相比，增加0.5dB左右的增益，但与没有高耐湿性膜的晶体管相比， 下降0.6～0.7dB。

[表1]

表1 GaAs类pHEMT结构：10GHz下的增益(MSG)比较

  伞下绝缘膜填充结构   绝缘膜保护伞下洞穴化结构   没有保护膜结构   14.5dB   15.0dB   15.65dB

发明内容

本发明为解决上述问题构思而成，其目的在于得到抑制栅极电容 的增大并且可显著改善耐湿性的场效应晶体管及其制造方法。

本发明是一种在半导体层上形成T型栅极电极的场效应晶体管， 其特征在于：将形成有所述T型栅极电极的区域设为晶体管有源区域 时，在整个该晶体管有源区域中，具备设置在所述T型栅极电极上的 保护膜，该保护膜包含耐湿性和抗蚀刻性高的绝缘膜或有机膜，在包 括所述T型栅极电极的伞下在内的所述T型栅极电极附近，在所述半 导体层与所述保护膜之间形成有空隙，所述空隙在所述晶体管有源区 域端上还被高耐湿性膜包围。