JPH01302742A - Compound semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
Compound semiconductor device and manufacture thereofInfo
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- JPH01302742A JPH01302742A JP63133998A JP13399888A JPH01302742A JP H01302742 A JPH01302742 A JP H01302742A JP 63133998 A JP63133998 A JP 63133998A JP 13399888 A JP13399888 A JP 13399888A JP H01302742 A JPH01302742 A JP H01302742A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
GaAs I Cなど化合物半導体集積回路の素子骨^
1f帯の形成方法に関し、
サイドゲート効果や基板への漏洩電流を解消させること
を目的とし、
半絶縁性半導体基板にバッファ層を介して積層した能動
層を有する化合物半導体集積回路において、前記半絶縁
性半導体基板とバッファ層との間に不活性層が設けられ
、且つ、半導体素子を分離する素子分離帯が空隙または
不活性体または空隙と不活性体との混成からなり前記不
活性層に接していることを特徴とする。[Detailed description of the invention] [Summary] Element bones of compound semiconductor integrated circuits such as GaAs IC
Regarding the method for forming the 1f band, in a compound semiconductor integrated circuit having an active layer laminated on a semi-insulating semiconductor substrate with a buffer layer interposed therebetween, in order to eliminate side gate effects and leakage current to the substrate, an inert layer is provided between the semiconductor substrate and the buffer layer, and an element separation band for separating the semiconductor elements is made of a void, an inert material, or a mixture of a void and an inert material and is in contact with the inactive layer. It is characterized by
その製造方法は、半絶縁性半導体基板の全面にイオン注
入して不活性層を形成した後、バッファ層と能動層とを
エピタキシャル成長する工程、次いで、素子分離帯を化
学エツチング、または、。イオン注入、または、化学エ
ツチングとイオン注入との混合によって前記不活性層ま
で形成する工程が含まれてなることを特徴とする。The manufacturing method includes a step of forming an inactive layer by implanting ions over the entire surface of a semi-insulating semiconductor substrate, followed by epitaxial growth of a buffer layer and an active layer, and then chemical etching of device isolation bands. The method is characterized in that it includes a step of forming up to the inactive layer by ion implantation or a mixture of chemical etching and ion implantation.
本発明は化合物半導体装置の製造方法のうち、GaAs
I Cなど化合物半導体集積回路の素子分離帯の形成
方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a compound semiconductor device.
The present invention relates to a method of forming element isolation bands for compound semiconductor integrated circuits such as ICs.
最近、超高速デバイスとして化合物半導体IC(集積回
路)が製造されているが、その素子分離は高集積化のた
めに特に重要な課題である。Recently, compound semiconductor ICs (integrated circuits) have been manufactured as ultra-high-speed devices, and element isolation is a particularly important issue for achieving high integration.
第4図(a)、 (b)は従来のHEMTIC(高電子
移動度トランジスタ素子からなるIC)の断面図を示し
ており、両図に共通して記号1は半絶縁性GaAs基板
、2は1−GaAs層からなるバッファ層(膜厚500
0人)、3はn AlGaAs層からなる電子供給層
(゛膜厚400人)、4はn−GaAs層からなるコン
タクト層(膜厚1000人) 、 5 (、一部分)
は二次元電子層(2DEG)、6はゲート電極、7,8
はソース電極およびドレイン電極で、TI、T2゜T3
はHEMT素子を示している。Figures 4(a) and 4(b) show cross-sectional views of conventional HEMTICs (ICs consisting of high electron mobility transistor elements), and in both figures, symbol 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is a semi-insulating GaAs substrate, and 2 is a semi-insulating GaAs substrate. 1-Buffer layer made of GaAs layer (thickness 500
0), 3 is an electron supply layer made of an n-AlGaAs layer (thickness: 400), 4 is a contact layer made of an n-GaAs layer (thickness: 1000), 5 (partially)
is a two-dimensional electron layer (2DEG), 6 is a gate electrode, 7, 8
are the source and drain electrodes, TI, T2゜T3
indicates a HEMT element.
且つ、第4図(a)はバッファ層2まで達する空隙状の
素子分離帯9を設けた例で、一方の第4図(blは同じ
くバッファ層2まで達する不活性体からなる素子分離帯
10を設けた例である。空隙状の素子分離帯9はリソグ
ラフィ技術を利用して選択的に化学エツチングして空隙
化する分離法であり、又、不活性体からなる素子分離帯
10はレジスト膜マスクを被覆し、酸素イオン(0+)
を注入して不活性化(絶縁性化)する分離法である。In addition, FIG. 4(a) shows an example in which a gap-like element isolation band 9 reaching the buffer layer 2 is provided, and one of the elements shown in FIG. This is an example in which the element isolation zone 9 in the form of a void is formed by selective chemical etching using lithography technology to create a void, and the element isolation zone 10 made of an inert material is formed using a resist film. Cover the mask with oxygen ions (0+)
This is a separation method in which the material is inactivated (insulated) by injecting it.
ところが、第4図(al 、 (b)に示すバッファ層
2まで達する素子分離帯9,10はコンタクト層4.電
子供給層3.二次元電子層5まで分離してために、一応
の素子間分離の役目を果たしている。しかし、サイドゲ
ート効果のためにデバイス特性が安定しないと云う問題
がある。サイドゲート効果とは、n型能動層を有する素
子からなるICにおいて、例えば、第4図(alに示す
素子T2がソースにQVの電圧を印加して動作している
時、隣接素子T1がソース、または、ドレインに一3v
の電圧を印加していたり、あるいは、−3vのゲート電
圧を印加していたりすると、素子T2のスレーショルド
電圧vthが変化する現象を起こすことである。However, since the device isolation bands 9 and 10 that reach the buffer layer 2 shown in FIGS. However, there is a problem in that the device characteristics are unstable due to the side gate effect.The side gate effect is a phenomenon that occurs in an IC consisting of an element having an n-type active layer, for example, as shown in FIG. When the element T2 shown in al is operating by applying a voltage of QV to the source, the adjacent element T1 has a voltage of -3V applied to the source or drain.
If a voltage of -3V is applied, or a gate voltage of -3V is applied, a phenomenon occurs in which the threshold voltage vth of the element T2 changes.
即ち、隣接素子T1がT2より低い電圧で動作している
時に素子T2のvthが変化すると云うもので、これは
品質上の大きな欠陥である。なお、このサイドゲート効
果は素子分離帯の深さおよび幅に大きく関係し、その原
因は半絶縁性GaAs基板とバッファ層との界面にある
と考えられている(IEEE Electron De
vice Letters Vol、EDL−8No、
6 p280(1987)参照)。That is, when the adjacent element T1 operates at a lower voltage than T2, the vth of the element T2 changes, which is a major quality defect. Note that this side gate effect is largely related to the depth and width of the device isolation band, and its cause is thought to be at the interface between the semi-insulating GaAs substrate and the buffer layer (IEEE Electron De
vice Letters Vol, EDL-8No,
6 p. 280 (1987)).
また、半絶縁性化合物半導体基板は高電界が印加した場
合、例えば、数鶴の間隔に数Vの電位が加わると、漏洩
電流が発生して色々の障害を起こす。このように、IC
を構成する時には、半絶縁性基板は絶縁基板とは異なる
問題がある。Further, when a high electric field is applied to a semi-insulating compound semiconductor substrate, for example, when a potential of several volts is applied at intervals of several cranes, leakage current occurs and various problems occur. In this way, I.C.
When constructing a semi-insulating substrate, there are different problems than insulating substrates.
本発明はこのような問題点を軽減させて、サイドゲート
効果や半絶縁性基板に係わる漏洩電流などを解消させる
ことを目的とした化合物半導体装置とその製造方法を提
案するものである。The present invention proposes a compound semiconductor device and a manufacturing method thereof, which aim to alleviate such problems and eliminate side gate effects, leakage current related to semi-insulating substrates, and the like.
その課題は、第1図に示す原理図のように、半絶縁性半
導体基板11にバッファ層12を介し7て積層した能動
層13を有する化合物半導体集積回路において、前記半
絶縁性半導体基板11とバッファ層13との間に不活性
層20が設けられ、且つ、半導体素子Tl、T2.T3
を分離する素子分離帯19が空隙または不活性体または
空隙と不活性体との混成によって前記不活性層20に接
している化合物半導体装置によって解決される。The problem is that, as shown in the principle diagram shown in FIG. An inactive layer 20 is provided between the buffer layer 13 and the semiconductor elements Tl, T2 . T3
The device isolation band 19 separating the elements is solved by a compound semiconductor device that is in contact with the inactive layer 20 by a void, an inert material, or a combination of a void and an inactive material.
且つ、その製造方法としては、半絶縁性半導体基板の全
面にイオン注入して不活性層を形成した後、バッファ層
と能動層とをエピタキシャル成長する工程、次いで、素
子分離帯を化学エツチング、または、イオン注入、また
は、化学エツチングとイオン注入との混合によって前記
不活性層まで形成する工程が含まれることを特徴とする
特〔作 用〕
即ち、本発明は、底部を不活性層によって分離し、側部
を空隙と不活性体とによって分離して、半導体素子の周
囲全体を完全に電気的に分離する構造とする。そうすれ
ば、従来の問題点であるサイドゲート効果や高電界印加
時における漏洩電流を遮断することができる。In addition, the manufacturing method includes a step of forming an inactive layer by implanting ions into the entire surface of a semi-insulating semiconductor substrate, and then epitaxially growing a buffer layer and an active layer, and then chemically etching an element isolation band, or The present invention is characterized in that it includes a step of forming up to the inactive layer by ion implantation or a mixture of chemical etching and ion implantation. The structure is such that the sides are separated by a gap and an inert material to completely electrically isolate the entire periphery of the semiconductor element. By doing so, it is possible to block the side gate effect and leakage current when a high electric field is applied, which are conventional problems.
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
第2図は本発明にかかる実施例の断面図を示しており、
Tl、T2.T3はHEMT素子、30は不活性層、2
9は上部を空隙にして下部を不活性体にした素子分離帯
で、その他の記号は第4図と同一部位に同一記号が付け
である。このHE M T素子のうち、T2はソース印
加電圧がOVであって、このソース電圧が素子T2に印
加する電圧では最も低い電圧である。また、素子T3に
もT2と同じ電圧が印加する。一方、素子丁゛1には一
3■のソース電圧が印加されており、そのため、サイド
ゲート効果によって素子T2.T3のvthが変化する
から、それを抑制するために、素子すべての周囲を電気
的に分離した構造としている。このように構成すれば半
絶縁性GaAs基板からの漏洩電流も遮断することがで
きる。なお、第2図に示す実施例は素子分離帯29が上
部を空隙にして下部を不活性体にした構造であるが、素
子分離帯すべてを空隙または不活性体で構成しても良い
。FIG. 2 shows a cross-sectional view of an embodiment according to the present invention,
Tl, T2. T3 is a HEMT element, 30 is an inactive layer, 2
Reference numeral 9 denotes an element isolation band having a void in the upper part and an inert material in the lower part, and the other symbols are the same parts as in FIG. 4 and are given the same symbols. Among these HEMT elements, T2 has a source applied voltage of OV, and this source voltage is the lowest voltage applied to element T2. Further, the same voltage as T2 is also applied to element T3. On the other hand, a source voltage of 13cm is applied to element T1, and therefore, due to the side gate effect, element T2. Since vth of T3 changes, in order to suppress this change, a structure is used in which the periphery of all elements is electrically isolated. With this configuration, leakage current from the semi-insulating GaAs substrate can also be blocked. In the embodiment shown in FIG. 2, the element isolation strip 29 has a structure in which the upper part is a void and the lower part is an inert material, but the entire element isolation strip 29 may be composed of a void or an inert material.
次に、第3図fa)〜(elは第2図に示す実施例の製
造方法の工程順断面図を示している。順を追って説明す
ると、
第3図(a)参照;本図は半絶縁性GaAs基板1の断
面図であり、この基板はCr (クロム)をドープして
半絶縁化した基板である。従って、高電界がかかると漏
洩電流が生じる恐れがある基板である。Next, FIGS. 3(a) to 3(el) show step-by-step cross-sectional views of the manufacturing method of the embodiment shown in FIG. 1 is a cross-sectional view of an insulating GaAs substrate 1, which is a semi-insulating substrate doped with Cr (chromium).Therefore, there is a risk that leakage current will occur when a high electric field is applied to the substrate.
第3図(bl参照;この半絶縁性GaAs基板1.
(Crドープ)上に酸素イオン(O+)を注入して不活
性層30(膜厚1000人程度0を形成する。イオン注
入条件は加速電圧40〜60KeV、ドーズ量10
/cJ程度にする。FIG. 3 (see bl; this semi-insulating GaAs substrate 1.
Oxygen ions (O+) are implanted onto (Cr-doped) to form an inactive layer 30 (film thickness of about 1000 nm).Ion implantation conditions are acceleration voltage 40 to 60 KeV, dose amount 10
/cJ.
第3図(C1参照;次いで、その不活性層30上に1−
GaA5ji (ノンドープ)からなるバッファ層2
(膜厚5000人) 、 n−AlGaAs層からな
る電子供給層3(膜厚400人) 、 n−GaAs
層からなるコンタクト層4(膜厚1000人)を順次に
MOCVD法、 MBE法などによってエピタキシャル
成長する。FIG. 3 (see C1; then, 1-
Buffer layer 2 made of GaA5ji (non-doped)
(thickness: 5000 layers), electron supply layer 3 consisting of n-AlGaAs layer (thickness: 400 layers), n-GaAs
A contact layer 4 (film thickness: 1,000 layers) is sequentially grown epitaxially by MOCVD, MBE, or the like.
第3図(d)参照;次いで、リソグラフィ技術を用いて
、上面にレジスト膜マスク31を被覆し、露出した素子
分離帯領域を化学エツチングして深さ3000人程度0
溝状の空隙32を形成する。エツチング剤は弗酸+過酸
化水素の混合希釈液を用いる。Refer to FIG. 3(d); Next, using lithography technology, the upper surface is covered with a resist film mask 31, and the exposed element isolation zone region is chemically etched to a depth of about 3000 mm.
A groove-shaped void 32 is formed. As the etching agent, a diluted mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide is used.
第3図(e)参照;次いで、そのレジスト膜マスク31
を残存させたまま、露出させた溝状の空隙32に酸素イ
オンを注入して、下部に不活性体33を形成して、不活
性層30に接続する。イオン注入は加速電圧100〜2
00KeV、 ドーズ量1012/ crA程度の条
件でおこなう。See FIG. 3(e); then, the resist film mask 31
Oxygen ions are injected into the exposed groove-shaped void 32 while leaving the inactive layer 30 to form an inert body 33 at the bottom thereof and connect it to the inactive layer 30. Ion implantation is performed at an acceleration voltage of 100~2
This is carried out under the conditions of 00 KeV and a dose of about 1012/crA.
しかる後、レジスト膜マスク31を除去し、公知の製法
によってゲート電極、ソース・ドレイン電極を形成して
完成させる。この実施例のような上部を空隙にして下部
を不活性体にした素子分離帯29はその幅も比較的に狭
く形成できる利点がある。Thereafter, the resist film mask 31 is removed, and gate electrodes and source/drain electrodes are formed by a known manufacturing method to complete the process. The device isolation band 29 in which the upper part is a void and the lower part is an inert body as in this embodiment has the advantage that its width can be formed relatively narrow.
上記のような本発明にかかる構造は化合物半導体ICの
サイドゲート効果や高電界印加時における漏洩電流を解
消させて、デバイス特性を安定させることができる。The structure according to the present invention as described above can eliminate the side gate effect of a compound semiconductor IC and leakage current when a high electric field is applied, and can stabilize device characteristics.
なお、上記の説明はHEMT素子からなるICを実施例
としたが、MESFET (金属半導体電界効果トラン
ジスタ)素子などの他の化合物半導体素子からなるIC
にも適用できることは云うまでもない。Note that the above explanation uses an IC made of a HEMT element as an example, but it can also be applied to an IC made of other compound semiconductor elements such as a MESFET (metal semiconductor field effect transistor) element.
Needless to say, it can also be applied to
以上の説明から明らかなように、本発明によれば安定な
特性の化合物半導体rcが得られて、超高速ICの発展
に貢献するものである。As is clear from the above description, according to the present invention, a compound semiconductor rc with stable characteristics can be obtained, contributing to the development of ultrahigh-speed ICs.
第1図は原理図、
第2図は本発明にかかる実施例の断面図、第3図(a)
〜telは実施例の製造方法の工程順断面図、第4図(
al、 (b)は従来のHEMTICの断面図である。
図において、
■は半絶縁性GaAs基板、
2はi −GaAs層からなるバッファ層、3はn −
AIGaAs層からなる電子供給層、4はn−GaAs
層からなるコンタクト層、5は二次元電子JW (2D
EG)、
6はゲート電極、
7.8はソース電極およびドレイン電極、TI、T2.
T3はHEMT素子、または、半導体素子、
9、10.19.29は素子分離帯、
11は半導体基板、
12はバッファ層、
13は能動層、
20、30は不活性層、
31はレジスト膜マスク、
32は空隙、 33は不活性体を示している
。
簾運区
第 1 図
JJEf H,、yh>6タPセ4と4クリタイが山)
2へtn2図
稜〕卜のt−IEMTIc/)’<斤iル■第4[’2
1
℃ ■Fig. 1 is a principle diagram, Fig. 2 is a sectional view of an embodiment according to the present invention, and Fig. 3 (a)
〜tel is a step-by-step sectional view of the manufacturing method of the example, FIG. 4 (
al. (b) is a cross-sectional view of a conventional HEMTIC. In the figure, ① is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is a buffer layer made of an i-GaAs layer, and 3 is an n-GaAs substrate.
Electron supply layer made of AIGaAs layer, 4 is n-GaAs
5 is a two-dimensional electron JW (2D
EG), 6 is a gate electrode, 7.8 is a source electrode and a drain electrode, TI, T2.
T3 is a HEMT element or a semiconductor element, 9, 10, 19, and 29 are element isolation bands, 11 is a semiconductor substrate, 12 is a buffer layer, 13 is an active layer, 20 and 30 are inactive layers, 31 is a resist film mask , 32 indicates a void, and 33 indicates an inert body. 1st Figure JJEf H,, yh > 6taPse 4 and 4 Kuritai)
2 to tn2 figure edge] 卜's t-IEMTIc/)'
1℃ ■
Claims (2)
た能動層を有する化合物半導体集積回路において、前記
半絶縁性半導体基板とバッファ層との間に不活性層が設
けられ、且つ、半導体素子を分離する素子分離帯が空隙
または不活性体または空隙と不活性体との混成からなり
前記不活性層に接していることを特徴とする化合物半導
体装置。(1) In a compound semiconductor integrated circuit having an active layer stacked on a semi-insulating semiconductor substrate via a buffer layer, an inactive layer is provided between the semi-insulating semiconductor substrate and the buffer layer, and a semiconductor element 1. A compound semiconductor device characterized in that an element isolation band that separates the layers is made of a void, an inert material, or a mixture of a void and an inactive material, and is in contact with the inactive layer.
性層を形成した後、バッファ層と能動層とをエピタキシ
ャル成長する工程、 次いで、素子分離帯を化学エッチング、または、イオン
注入、または、化学エッチングとイオン注入との混合に
よつて前記不活性層まで形成する工程が含まれてなるこ
とを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。(2) After forming an inactive layer by ion implantation on the entire surface of the semi-insulating semiconductor substrate, a step of epitaxially growing a buffer layer and an active layer, and then chemical etching or ion implantation of device isolation bands, or A method for manufacturing a compound semiconductor device, comprising the step of forming up to the inactive layer by a mixture of chemical etching and ion implantation.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63133998A JPH01302742A (en) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | Compound semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63133998A JPH01302742A (en) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | Compound semiconductor device and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01302742A true JPH01302742A (en) | 1989-12-06 |
Family
ID=15117992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63133998A Pending JPH01302742A (en) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | Compound semiconductor device and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01302742A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5166768A (en) * | 1989-12-25 | 1992-11-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor integrated circuit device with an element isolating region |
| EP0600449A3 (en) * | 1992-12-01 | 1997-01-02 | Nec Corp | Method for producing a compound semiconductor integrated circuit component. |
| EP0591607A3 (en) * | 1992-08-11 | 1997-01-08 | Mitsubishi Electric Corp | Isolated semiconductor device and production method thereof |
-
1988
- 1988-05-30 JP JP63133998A patent/JPH01302742A/en active Pending
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| EP0600449A3 (en) * | 1992-12-01 | 1997-01-02 | Nec Corp | Method for producing a compound semiconductor integrated circuit component. |
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