JPH0156532B2 - - Google Patents
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- JPH0156532B2 JPH0156532B2 JP60268501A JP26850185A JPH0156532B2 JP H0156532 B2 JPH0156532 B2 JP H0156532B2 JP 60268501 A JP60268501 A JP 60268501A JP 26850185 A JP26850185 A JP 26850185A JP H0156532 B2 JPH0156532 B2 JP H0156532B2
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- gate
- plane
- substrate
- directions
- gaas
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/40—Crystalline structures
- H10D62/405—Orientations of crystalline planes
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の概要〕
本発明は、閃亜鉛鉱構造の−、−族の
化合物半導体基板において、表面を(111)面と
すると表面の絶縁膜が基板のチヤネル領域に及ぼ
す応力による圧電分極電荷の分布が360゜いずれの
方向でもほぼ同一となり、電界効果トランジスタ
のゲートの方向をいずれの方向としても閾値電圧
(Vth)がほぼ均一になる点を利用し、集積回路
装置の基板を(111)面に選んだことを特徴とす
る。[Detailed Description of the Invention] [Summary of the Invention] The present invention provides a -, - group compound semiconductor substrate with a zincblende structure, in which when the surface is a (111) plane, an insulating film on the surface exerts an effect on a channel region of the substrate. By utilizing the fact that the distribution of piezoelectric polarization charges due to stress is almost the same in all directions of 360 degrees, and the threshold voltage (Vth) is almost uniform regardless of the direction of the gate of the field effect transistor, it is possible to It is characterized by the (111) plane of the substrate.
本発明は半導体装置、特に化合物半導体電界効
果トランジスタ素子が相互に直交するなど異なる
方向に配設される半導体装置の改善に関する。
The present invention relates to improvements in semiconductor devices, particularly in semiconductor devices in which compound semiconductor field effect transistor elements are arranged in different directions, such as perpendicular to each other.
マイクロエレクトロニクスは現代産業進展の基
盤となり、また社会生活に大きい影響を与えてい
る。現在このマイクロエレクトロニクスの主役は
シリコン(Si)半導体装置であつて、トランジス
タ素子の微細化によつて高速化と集積度の増大に
大きい効果をあげている。 Microelectronics has become the foundation of modern industrial progress and has had a major impact on social life. Silicon (Si) semiconductor devices are currently the mainstay of microelectronics, and the miniaturization of transistor elements has had a great effect on speeding up and increasing the degree of integration.
更にシリコンの物性に基づく限界を超える動作
速度の向上などを実現するために、キヤリアの移
動度がシリコンより遥かに大きい砒化ガリウム
(GaAs)などの−、−族の化合物半導
体を用いる半導体装置が開発されている。 Furthermore, in order to improve operating speed beyond the limits based on the physical properties of silicon, semiconductor devices using - and - group compound semiconductors such as gallium arsenide (GaAs), which have much higher carrier mobility than silicon, have been developed. has been done.
化合物半導体を用いるトランジスタとしては、
その製造工程が簡単であるなどの理由によつて電
界効果トランジスタ、特にシヨツトキバリア形電
界効果トランジスタの開発が先行しているが、そ
の特徴を十分に発揮した集積回路装置の実用化へ
の努力が重ねられている。 As a transistor using a compound semiconductor,
Although field effect transistors, especially shot-barrier field effect transistors, have been developed earlier due to their simple manufacturing process, efforts have been made to commercialize integrated circuit devices that take full advantage of their characteristics. It is being
シヨツトキバリア形電界効果トランジスタ(以
下MES FETと略称する)は現在化合物半導体、
特にGaAsを半導体材料とする例が多いが、その
構造の一例を第3図の模式側断面図に示す。
Schottky barrier field effect transistors (hereinafter abbreviated as MES FETs) are currently made of compound semiconductors.
In particular, there are many examples in which GaAs is used as the semiconductor material, and an example of its structure is shown in the schematic side sectional view of FIG.
図に示す従来例においては、半絶縁性GaAs基
板11の(100)面に、例えばイオン注入法によ
つてn形チヤネル層12が形成され、このn形チ
ヤネル層12上にシヨツトキ接触するゲート電極
13が配設される。 In the conventional example shown in the figure, an n-type channel layer 12 is formed on the (100) plane of a semi-insulating GaAs substrate 11 by, for example, ion implantation, and a gate electrode is in short contact with this n-type channel layer 12. 13 are arranged.
このゲート電極13をマスクとするイオン注入
法によつて不純物が導入されて、n形チヤネル層
12により高不純物濃度のn+形ソース及びドレ
イン領域14が形成され、絶縁膜15が被着され
て、n+形ソース及びドレイン領域14にオーミ
ツク接触するソース及びドレイン電極16が配設
される。 Impurities are introduced by ion implantation using this gate electrode 13 as a mask, and n + type source and drain regions 14 with high impurity concentration are formed by the n type channel layer 12, and an insulating film 15 is deposited. , n + type source and drain regions 14 are provided with source and drain electrodes 16 in ohmic contact with them.
上述の如きMES FETを素子として集積回路装
置が構成され、その高速化、高集積化のために
MES FET素子の微細化が進められそのゲート長
が短縮されるに伴つて、ゲート閾値電圧Vth等の
特性の期待される値からの変動幅が次第に大きく
なり、かつ基体面上の晶帯軸方向によりこのゲー
ト閾値電圧Vhtの変動方向が異なる。 Integrated circuit devices are constructed using MES FETs as described above, and in order to increase their speed and integration,
As the miniaturization of MES FET elements progresses and their gate lengths are shortened, the range of variation in characteristics such as gate threshold voltage Vth from the expected value gradually increases, and Therefore, the direction of variation of this gate threshold voltage Vht differs.
第4図は、ゲート幅方向がGaAs(100)単結晶
面上で直交する晶帯軸〔011〕方向である。MES
FETと〔011〕方向であるMES FETとの、ゲ
ート閾値電圧Vth変動の例を示し、ゲート長2μm
程度以下において〔011〕方向ではプラス側に変
動する傾向があるのに対して、〔011〕方向ではマ
イナス側に大きく変動している。 FIG. 4 shows the crystal zone axis [011] direction in which the gate width direction is perpendicular to the GaAs (100) single crystal plane. MES
An example of gate threshold voltage Vth variation between FET and MES FET in the [011] direction is shown, and the gate length is 2 μm.
Below this level, there is a tendency for the [011] direction to fluctuate in the positive direction, while in the [011] direction it fluctuates significantly in the negative direction.
従つてMES FET素子をこの様に2方向に配置
した集積回路装置では、例えば製造プロセス中の
ばらつき等によりゲート長が設計値からずれた場
合に、ゲート閾値電圧Vthがそれぞれ大幅に変動
して目的とする回路動作が得られないために、従
来は通常ゲート方向を一方向に限つている。 Therefore, in an integrated circuit device in which MES FET elements are arranged in two directions in this way, if the gate length deviates from the design value due to variations during the manufacturing process, for example, the gate threshold voltage Vth will vary significantly, making it difficult to achieve the intended purpose. Conventionally, the gate direction is usually limited to one direction because it is not possible to obtain the circuit operation as shown in FIG.
第5図はゲート幅が同一方向のMES FET素子
で記憶装置のX及びYアドレスデコーダ回路を構
成した例を示す。 FIG. 5 shows an example in which the X and Y address decoder circuits of a storage device are constructed using MES FET elements whose gate widths are in the same direction.
同図aの如く、Xデコーダ21の出力線24と
Yデコーダ22の出力線25とは直角方向でメモ
リセルマトリクス23に接続される。Xデコーダ
21については同図bの如く、その出力線24と
MES FET素子のゲート電極Gの幅方向とを、例
えば〔011〕方向に揃えて無駄のないパターンと
することが出来る。 As shown in FIG. 2A, the output line 24 of the X decoder 21 and the output line 25 of the Y decoder 22 are connected to the memory cell matrix 23 in a perpendicular direction. As for the X decoder 21, its output line 24 and
By aligning the width direction of the gate electrode G of the MES FET element with, for example, the [011] direction, it is possible to form an efficient pattern.
これに対してYデコーダ22では、MES FET
素子のゲート電極Gの幅方向をXデコーダ21と
同一の〔011〕方向に揃える場合に、これは出力
線25に直角方向となる。このために同図cの如
く、ゲート電極Gを櫛形に分岐させ、多数のソー
スS及びドレインDを配設してXデコーダ21と
同等のゲート幅を得ている。このパターンは図b
のパターンより複雑であり、設計、製造プロセス
両面で微細化、荒集積化が困難な部分となつてい
る。 On the other hand, in the Y decoder 22, the MES FET
When the width direction of the gate electrode G of the element is aligned in the same [011] direction as the X decoder 21, this becomes a direction perpendicular to the output line 25. For this purpose, the gate electrode G is branched into a comb shape, and a large number of sources S and drains D are arranged to obtain a gate width equivalent to that of the X decoder 21, as shown in FIG. This pattern is shown in Figure b
The pattern is more complex than that of the previous one, and it is difficult to miniaturize and coarsely integrate it in both the design and manufacturing process.
先に述べた所謂シヨートチヤネル効果の原因と
して、ソース及びドレイン領域14に導入された
高濃度の不純物のチヤネル層12への侵入と、主
として絶縁膜15によつて半導体基体を生ずる圧
電分極の効果が注目されている。 As the causes of the so-called short channel effect mentioned above, attention has been focused on the penetration of highly concentrated impurities introduced into the source and drain regions 14 into the channel layer 12 and the effect of piezoelectric polarization that produces a semiconductor substrate mainly due to the insulating film 15. has been done.
この圧電分極による特性の変動は、MES FET
素子の半導体基体に接して設けられる絶縁膜1
5、ゲート電極13などが半導体基体に及ぼす応
力によつて化合物半導体基体に圧電分極を生じ、
チヤネル層12におけるキヤリアの分布が変化し
てシヨツトキ空乏層が伸縮するためにゲート閾値
電圧Vthが変動するものであり、応力方向と晶帯
軸方向とによつて定まる圧電分極の極性により、
その変動の方向がプラス側又はマイナス側とな
る。(例えばP.M.Asbeck et al.;IEEE
Transactions on Electron Devices、Vol.ED−
31、No.10、oct.1984 pp.1377−1380 参照)
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上の説明の如く従来の構造では、化合物半導
体電界効果トランジスタの特性の変動がゲート長
の短縮とともに極めて大きくなり、特に直交配置
は甚だ困難である。 Changes in characteristics due to this piezoelectric polarization are caused by MES FET
Insulating film 1 provided in contact with the semiconductor substrate of the element
5. Piezoelectric polarization is generated in the compound semiconductor substrate due to stress exerted on the semiconductor substrate by the gate electrode 13, etc.;
The gate threshold voltage Vth changes because the carrier distribution in the channel layer 12 changes and the shot depletion layer expands and contracts, and the polarity of the piezoelectric polarization determined by the stress direction and the crystal zone axis direction changes.
The direction of the fluctuation is the plus side or the minus side. (e.g. PMAsbeck et al.; IEEE
Transactions on Electron Devices, Vol.ED−
31, No. 10, Oct. 1984, pp. 1377-1380) [Problems to be solved by the invention] As explained above, in the conventional structure, fluctuations in the characteristics of the compound semiconductor field effect transistor cause shortening of the gate length. This makes it extremely difficult to arrange orthogonally.
この様な現状をこえて、微細化されたMES
FET素子を相互に直交するなど異なる方向に配
置しても特性が安定して、集積度の増大が可能で
ある半導体装置が強く要望されている。 Beyond this current situation, miniaturized MES
There is a strong demand for a semiconductor device whose characteristics are stable even when FET elements are arranged in different directions, such as perpendicularly to each other, and whose degree of integration can be increased.
前記問題点は、閃亜鉛鉱構造の−族、−
族の化合物半導体基体の(111)面に複数の電
界効果トランジスタ素子が形成され、かつ該電界
効果トランジスタ素子にゲート方向が相互に相違
する素子が含まれてなる本発明による半導体装置
により解決される。
The above-mentioned problem is caused by - group of zincblende structure, -
The problem is solved by a semiconductor device according to the present invention, in which a plurality of field effect transistor elements are formed on the (111) plane of a group compound semiconductor substrate, and the field effect transistor elements include elements whose gate directions are different from each other. .
本発明者等は例えばGaAs化合物半導体基体に
生ずる応力と絶縁膜の材料及び厚さ、半導体基体
の結晶面、晶帯軸とこの応力による圧電分極の状
態、電界効果トランジスタのゲート閾値電圧及び
K値と圧電分極の状態などの相関関係を研究し、
例えば絶縁膜が二酸化シリコン(SiO2)である
場合に、GaAs単結晶基体の結晶面、nチヤネル
形のMES FETのゲート幅方向とゲート閾値電圧
Vthの変動方向との関係について下記の結果を得
ている。
The present inventors have studied, for example, the stress generated in the GaAs compound semiconductor substrate, the material and thickness of the insulating film, the crystal plane of the semiconductor substrate, the crystal zone axis and the piezoelectric polarization state due to this stress, the gate threshold voltage and K value of the field effect transistor. We study the correlation between piezoelectric polarization and piezoelectric polarization states,
For example, when the insulating film is silicon dioxide (SiO 2 ), the crystal plane of the GaAs single crystal substrate, the gate width direction and gate threshold voltage of an n-channel MES FET
The following results were obtained regarding the relationship with the direction of Vth variation.
素子形成図 ゲート幅方向 Vthの変動方向
(100) 〔011〕 マイナス
〔011〕 プラス
(111)B 〔112〕 マイナス
〔110〕 マイナス
すなわち、(100)面上の直交する〔011〕方向
と〔011〕方向とでは、上述の如くVthの変動方
向が反対方向であるのに対して、例えば(111)
B面上の直交する〔112〕方向と〔110〕方向
とではVthの変動方向が同一方向である。Element formation diagram Gate width direction Vth variation direction (100) [011] Minus [011] Plus (111) B [112] Minus [110] Minus In other words, perpendicular [011] direction on the (100) plane and [011] ] direction, as mentioned above, the direction of Vth fluctuation is the opposite direction, whereas for example (111)
The direction of Vth variation is the same in the [112] direction and the [110] direction, which are orthogonal to each other on the B plane.
更に詳細に、GaAs半導体基体の(111)A面
上に、ゲート幅方向が〔112〕及び〔110〕方
向のゲート電極を例えばタングステンシリサイド
(WSi)で形成し、SiO2膜を被着したときの圧電
分極電荷の分布を第2図a及びbに示す。同図に
おいて、Aは1×1016cm-3以上、Bは5×1015cm
-3以上、Cは1×1015cm-3以上、Dは5×1014cm
-3以上の濃度を、また一はマイナス、無符号はプ
ラスの電荷を表す。 More specifically, when gate electrodes with gate width directions in the [112] and [110] directions are formed on the (111)A plane of a GaAs semiconductor substrate using, for example, tungsten silicide (WSi), and a SiO 2 film is deposited. The distribution of the piezoelectric polarization charge is shown in FIGS. 2a and 2b. In the same figure, A is 1×10 16 cm -3 or more, B is 5×10 15 cm
-3 or more, C is 1 x 10 15 cm -3 or more, D is 5 x 10 14 cm
A concentration of -3 or higher, 1 represents a negative charge, and no sign represents a positive charge.
第2図a及びbに見られる様に、(111)A面上
の直交する〔112〕方向と〔110〕方向との圧
電分極電荷の分布が極めて良く一致しており、
〔112〕、〔110〕とそれぞれ同価な晶帯軸の他
の2組の方向についても同様である。また(111)
B面については圧電分極電荷の符号が反転する
が、分布パターン形状は(111)A面と全く同様
である。 As seen in Figures 2a and b, the piezoelectric polarization charge distributions in the orthogonal [112] and [110] directions on the (111)A plane match extremely well.
The same holds true for the other two sets of directions of the zone axes that are equivalent to [112] and [110], respectively. Also (111)
Regarding the B-plane, the sign of the piezoelectric polarization charge is reversed, but the distribution pattern shape is exactly the same as that of the (111) A-plane.
この様に(111)面上では相互に直交する任意
の2方向について圧電分極の特性が良く一致し、
直交しない2方向についても圧電分極の極性は一
致する。 In this way, on the (111) plane, the piezoelectric polarization characteristics match well in any two mutually orthogonal directions,
The polarity of the piezoelectric polarization is the same even in two directions that are not perpendicular to each other.
第6図に、GaAs基板の(111)面上の〔11
0〕、〔112〕軸方向にゲート幅方向を設定した時
のゲート閾値電圧及びK値とチヤネル長の関係を
示す。図からわかる様に、チヤネル長が短くなつ
ても〔110〕、〔112〕軸とはほぼ同等に変動す
る。 Figure 6 shows [11
0], [112] The relationship between the gate threshold voltage and K value and the channel length when the gate width direction is set in the axial direction is shown. As can be seen from the figure, even if the channel length becomes shorter, the [110] and [112] axes fluctuate almost equally.
以上のデータからは〔110〕と〔112〕軸間
において同等の特性を有することが理解される
が、第7図によれば(111)面を使うとゲート軸
方向を360度変化させても、ゲート閾値電圧及び
K値はほぼ同じであることがわかる。 From the above data, it can be understood that the [110] and [112] axes have equivalent characteristics, but according to Figure 7, if the (111) plane is used, even if the gate axis direction is changed by 360 degrees. It can be seen that the gate threshold voltage and K value are almost the same.
すなわち、横軸の角度θを変化させても(111)
A面又は(111)B面の場合ゲート閾値電圧はほ
とんど変化していない。これに対し(100)面の
場合は、ゲート幅方向が変化するとそのゲート閾
値電圧も大きく変わつている。従つて(111)面
を使用する場合、電界効果トランジスタのゲート
幅方向をいずれの方向にとつてもゲート閾値はほ
ぼ同じであり、シヨートチヤネル効果もほぼ同等
であることが理解される。ただし一般には基板の
へき開面に平行、垂直の方向にゲート電極を並
べ、四角形のチツプに切り出すようにするのが製
造プロセス上便利である。なお第7図では角度を
0〜90゜変化させたデータであるが結晶の対称性
から90〜360゜変化させても同等の特性が得られる
のは明らかである。 In other words, even if the angle θ of the horizontal axis is changed, (111)
In the case of the A-plane or (111)B-plane, the gate threshold voltage hardly changes. On the other hand, in the case of the (100) plane, when the gate width direction changes, the gate threshold voltage also changes significantly. Therefore, it is understood that when the (111) plane is used, the gate threshold value is approximately the same regardless of the gate width direction of the field effect transistor, and the short channel effect is also approximately the same. However, it is generally convenient in the manufacturing process to arrange the gate electrodes in parallel and perpendicular directions to the cleavage plane of the substrate and cut them into square chips. Although the data shown in FIG. 7 is obtained by changing the angle by 0 to 90 degrees, it is clear that the same characteristics can be obtained even if the angle is changed by 90 to 360 degrees due to the symmetry of the crystal.
かかる特性が得られる理由は、未だ定かではな
いが、発明をふりかえつて見ると、GaAsの如く
閃亜鉛鉱構造の化合物半導体の場合、(111)面で
はその表面の結晶構造からその圧電分極の電荷の
分布が軸方向に関係なく均一になることにあると
考えられる。従つてGaAsに限られず他の物質で
も同じ閃亜鉛鉱構造があれば結晶構造が同等であ
るので、同様の効果が得られるのである。 The reason why such characteristics are obtained is still unclear, but looking back at the invention, in the case of a compound semiconductor with a zincblende structure such as GaAs, the piezoelectric polarization charge on the (111) plane due to the crystal structure of the surface This is thought to be due to the fact that the distribution is uniform regardless of the axial direction. Therefore, not only GaAs but also other materials can have the same crystal structure if they have the same zinc blende structure, and the same effect can be obtained.
よつて閃亜鉛鉱構造の−族(GaAs、
InSb、InAs、GaSb、InP、GaP、AlAs)及び
−族(CdTe、ZnTe、ZnSe、ZnS、CdS、
CdSe)等でも本発明の範囲内である。 Therefore, the − group of the sphalerite structure (GaAs,
InSb, InAs, GaSb, InP, GaP, AlAs) and - group (CdTe, ZnTe, ZnSe, ZnS, CdS,
CdSe) etc. are also within the scope of the present invention.
この(111)面の特性により、この面に形成さ
れたゲート方向が相互に相違するFETの間には
圧電分極効果の差が現れず、チヤネル長を短縮し
ても方向の異なるFET間にゲート閾値電圧等の
特性の差を生じない。 Due to the characteristics of this (111) plane, no difference in piezoelectric polarization effect will appear between FETs formed on this plane with different gate directions, and even if the channel length is shortened, there will be no difference in the piezoelectric polarization effect between FETs with different gate directions. No difference in characteristics such as threshold voltage occurs.
以下本発明を実施例により具体的に説明する。 The present invention will be specifically explained below using examples.
第1図はGaAs MES FETを基本素子とする
E/D構成の集積回路装置にかかる本発明の実施
例を示す工程順模式平面図である。 FIG. 1 is a schematic plan view showing the process order of an embodiment of the present invention relating to an integrated circuit device having an E/D configuration using GaAs MES FET as a basic element.
本実施例では、(111)B面を主面とする半絶縁
性GaAs基板上に、E(エンハンスメント)モー
ド(以下添字Eで表す)とD(デイプリーシヨン)
モード(以下添字Dで表す)のnチヤネル
MES FET素子からなるインバータを、それぞれ
のゲート幅方向を〔110〕方向(以下添字1で
表す)及び〔112〕方向(以下添字2で表す)と
して形成する。 In this example, E (enhancement) mode (hereinafter referred to as subscript E) and D (depletion) mode were
mode (hereinafter represented by subscript D) n-channel
An inverter made of MES FET elements is formed with respective gate width directions in the [110] direction (hereinafter represented by subscript 1) and the [112] direction (hereinafter represented by subscript 2).
第1図a参照
半絶縁性GaAs基板1の(111)B面に、例え
ば下記の如くシリコン(Si)をイオン注入して各
素子のn形チヤネル領域2を形成する。 Refer to FIG. 1a. For example, silicon (Si) is ion-implanted into the (111)B plane of a semi-insulating GaAs substrate 1 as described below to form an n-type channel region 2 of each element.
Dモードのチヤネル領域2D1及び2D2、
エネルギー59kev、ドーズ量1.7×1012cm-2
Eモードのチヤネル領域2E1及び2E2、
エネルギー59kev、ドーズ量0.9×1012cm-2
イオン注入後、基板1面上に窒化アルミニウム
(AIN)等の保護膜(図示されない)を設けて、
例えば温度850℃、時間15分間程度の活性化熱処
理を行う。 D mode channel regions 2 D1 and 2 D2 , energy 59kev, dose 1.7×10 12 cm -2 E mode channel regions 2 E1 and 2 E2 , energy 59kev, dose 0.9×10 12 cm -2 After ion implantation, A protective film (not shown) such as aluminum nitride (AIN) is provided on one surface of the substrate,
For example, activation heat treatment is performed at a temperature of 850° C. for about 15 minutes.
第1図b参照
基板1面上に、例えばW5Si3を厚さ400mm程度
にスパツタ法等により被着し、これをバターニン
グして各ゲート電極3を形成する。本実施例では
ゲート長を約1μmとしている。 Refer to FIG. 1b. On the surface of the substrate 1, for example, W 5 Si 3 is deposited to a thickness of about 400 mm by sputtering or the like, and this is patterned to form each gate electrode 3. In this embodiment, the gate length is approximately 1 μm.
第1図c参照
ゲート電極3をマスクとして、基板1に例えば
Siをエネルギー175kevで、ドーズ量1.7×1013cm
-2程度にイオン注入し、例えば750℃、時間10分
間程度の活性化熱処理を行つて、n+形ソース、
ドレイン領域4を形成する。 Refer to Fig. 1c. Using the gate electrode 3 as a mask, apply it to the substrate 1, for example.
Si at energy 175kev, dose 1.7×10 13 cm
By implanting ions to about -2 and performing activation heat treatment at, for example, 750°C for about 10 minutes, an n + type source is formed.
A drain region 4 is formed.
第1図d参照
例えばプラズマ化学気相成長法(P−CVD法)
により、窒化シリコン(SiNx)膜(図示されな
い)を厚さ例えば500nm程度に、ゲート電極3
を含む基板1全面上に被着する。 See Figure 1 d For example, plasma chemical vapor deposition method (P-CVD method)
Then, a silicon nitride (SiNx) film (not shown) is formed to a thickness of about 500 nm, for example, and the gate electrode 3 is
It is deposited on the entire surface of the substrate 1 including the substrate.
n+形ソース、ドレイン領域4上でSiNx膜5に
開口を設け、例えば蒸着法により金ゲルマニウ
ム/金(AuGe/Au)などを用いて、ソース、
ドレイン電極5等を厚さ250nm程度に形成する。 Openings are formed in the SiNx film 5 on the n + type source and drain regions 4, and the source and
The drain electrode 5 and the like are formed to a thickness of about 250 nm.
本実施例のゲート方向が直交する2種類の
MES FET素子は、D、Eそれぞれのモードにつ
いて、ゲート閾値電圧Vthの差がゲート長1μmに
おいて数10mvに止まり、全く同等に使用するこ
とが可能である。 In this example, two types of gates with orthogonal gate directions are used.
In the MES FET element, the difference in gate threshold voltage Vth for each of the D and E modes is only a few tens of millivolts at a gate length of 1 μm, and it is possible to use them completely equally.
先の従来例のデコーダについても、同一のパタ
ーンのMES FET素子で良好なX、Y両デコーダ
が得られており、任意の集積回路を形成すること
が可能である。 Regarding the conventional decoder described above, both X and Y decoders can be obtained using MES FET elements having the same pattern, and it is possible to form an arbitrary integrated circuit.
また以上の説明はGaAs MES FETを対象と
しているが、他の化合物半導体材料、例えばイン
ジウム燐(InP)、インジウムガリウム砒素燐
(InGaAsP)等の閃亜鉛鉱構造の−族、−
族化合物半導体基板を用い、或いは接合形、
MIS形もしくはヘテロ接合近傍の2次元キヤリア
ガスをチヤネルとする高移動度の電界効果トラン
ジスタ(HEMT)についても、本発明の方法に
より同様の効果が得られる。 Furthermore, although the above description is directed to GaAs MES FETs, other compound semiconductor materials may also be used, such as indium phosphorus (InP), indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP), etc.
using group compound semiconductor substrate or bonded type,
Similar effects can be obtained by the method of the present invention for MIS type or high mobility field effect transistors (HEMT) that use a two-dimensional carrier gas near a heterojunction as a channel.
以上説明した如く本発明によれば、化合物半導
体電界効果トランジスタのゲート方向を任意の相
互に相違する方向に配置し、チヤネル長を短縮し
ても、ゲート閾値電圧等の特性を均一にすること
が可能となり、直交又は斜交する場合においても
特性の差異が減少して、化合物半導体集積回路装
置の実用化に大きい効果が得られる。
As explained above, according to the present invention, even if the gate directions of compound semiconductor field effect transistors are arranged in arbitrary mutually different directions and the channel length is shortened, characteristics such as gate threshold voltage can be made uniform. This makes it possible to reduce the difference in characteristics even in the case of orthogonal or oblique intersections, resulting in a great effect on the practical application of compound semiconductor integrated circuit devices.
第1図a乃至dは本発明の実施例を示す工程順
模式平面図、第2図a及びbはGaAs(111)A面
上、ゲート幅が〔112〕又は〔110〕軸の方向
で、SiO2膜を被着したときの圧電分極電荷の分
布図、第3図はMES FETの従来例を示す模式側
断面図、第4図はMES FETの特性の従来例を示
す図、第5図aはデコーダの例を示す模式平面
図、第5図b及びcはデコーダのMES FET素子
の従来例を示す模式平面図、第6図は(111)面
GaAs基板におけるゲート幅が〔112〕、〔11
0〕軸方向の場合のシヨートチヤネル効果を示す
グラフ図、第7図はGaAs基板(111)面又は
(100)面でゲート方向を変えた場合のゲート閾値
電圧の変化を示す図である。
図において、1は半絶縁性GaAs基板、2はn
形チヤネル領域、3はゲート電極、4はn+形ソ
ース、ドレイン領域、5はソース、ドレイン電
極、添字Dはデイプリーシヨンモード、添字Eは
エンハンスメントモード、添字1はゲート幅方向
〔110〕、添字2はゲート幅方向〔112〕を示
す。
Figures 1a to d are schematic plan views showing the process order of an embodiment of the present invention, and Figures 2a and b are on the GaAs (111) A plane, with the gate width in the direction of the [112] or [110] axis. Distribution diagram of piezoelectric polarization charge when SiO 2 film is deposited, Figure 3 is a schematic side sectional view showing a conventional example of MES FET, Figure 4 is a diagram showing a conventional example of MES FET characteristics, Figure 5 a is a schematic plan view showing an example of a decoder, FIGS. 5 b and c are schematic plan views showing a conventional example of the MES FET element of the decoder, and FIG. 6 is a (111) plane.
The gate width in GaAs substrate is [112], [11]
0] A graph showing the short channel effect in the case of the axial direction. FIG. 7 is a graph showing the change in gate threshold voltage when the gate direction is changed in the (111) plane or (100) plane of the GaAs substrate. In the figure, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is an n
3 is a gate electrode, 4 is an n + type source and drain region, 5 is a source and drain electrode, subscript D is depletion mode, subscript E is enhancement mode, subscript 1 is gate width direction [110], The subscript 2 indicates the gate width direction [112].
Claims (1)
面を表面とする基板と、 該基板表面に形成された複数の電界効果トラン
ジスタ素子とを有し、かつ該電界効果トランジス
タ素子にゲート電極方向が相互に相違する素子が
含まれてなることを特徴とする半導体装置。[Claims] 1. A compound semiconductor with a zincblende structure (111)
It has a substrate having a flat surface as a surface, and a plurality of field effect transistor elements formed on the surface of the substrate, and the field effect transistor elements include elements whose gate electrode directions are different from each other. semiconductor device.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59-252513 | 1984-11-29 | ||
| JP25251384 | 1984-11-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61268070A JPS61268070A (en) | 1986-11-27 |
| JPH0156532B2 true JPH0156532B2 (en) | 1989-11-30 |
Family
ID=17238412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60268501A Granted JPS61268070A (en) | 1984-11-29 | 1985-11-29 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61268070A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS64770A (en) * | 1987-03-20 | 1989-01-05 | Agency Of Ind Science & Technol | Compound semiconductor integrated circuit |
| JPH0249439A (en) * | 1988-08-10 | 1990-02-19 | Nec Corp | field effect transistor |
-
1985
- 1985-11-29 JP JP60268501A patent/JPS61268070A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61268070A (en) | 1986-11-27 |
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