JPH0210747A - 半導体集積装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体集積装置及びその製造方法Info
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- JPH0210747A JPH0210747A JP63161512A JP16151288A JPH0210747A JP H0210747 A JPH0210747 A JP H0210747A JP 63161512 A JP63161512 A JP 63161512A JP 16151288 A JP16151288 A JP 16151288A JP H0210747 A JPH0210747 A JP H0210747A
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は超高速及び低消費電力の半導体装置及びその製
造方法に関する。
造方法に関する。
(従来の技術)
近年、高速化の観点から、GaAsなどの化合物半導体
を用いた集積回路の研究開発が精力的に行なわれている
。一般に、エンハンスメント・モードのFET(E−F
ET)とデイプリージョン・モードのFET(D−FE
T)から構成される、いわゆるE/D構成のDCFL(
Direct Coupled FET Logic)
は、低消費電力で高集積化に適しており、しがも高速で
あることが知られている。実際、GaAsMESFET
を用いて、このDCFL回路を実現しようと技術開発が
活発に行なわれている。しかしながら、従来の GaAsMESFET ハ、ショットキー障壁の高さが
約0.75Vと比較的低いことがら、実際には回路の動
作雑音余裕度が十分にとれない問題があった。また、一
般に、E−FET及びD−FETの形成にイオン注入法
を用いるため、しきい値電圧のバラツキが大きく、同様
に回路の動作雑音余裕度が十分にとれない問題があった
。
を用いた集積回路の研究開発が精力的に行なわれている
。一般に、エンハンスメント・モードのFET(E−F
ET)とデイプリージョン・モードのFET(D−FE
T)から構成される、いわゆるE/D構成のDCFL(
Direct Coupled FET Logic)
は、低消費電力で高集積化に適しており、しがも高速で
あることが知られている。実際、GaAsMESFET
を用いて、このDCFL回路を実現しようと技術開発が
活発に行なわれている。しかしながら、従来の GaAsMESFET ハ、ショットキー障壁の高さが
約0.75Vと比較的低いことがら、実際には回路の動
作雑音余裕度が十分にとれない問題があった。また、一
般に、E−FET及びD−FETの形成にイオン注入法
を用いるため、しきい値電圧のバラツキが大きく、同様
に回路の動作雑音余裕度が十分にとれない問題があった
。
(発明が解決しようとする課題)
本発明の目的は、このような問題を解決し、十分に大き
な回路の動作雑音余裕度を有する超高速・低消費電力の
半導体集積装置及びその製造方法を提供することにある
。
な回路の動作雑音余裕度を有する超高速・低消費電力の
半導体集積装置及びその製造方法を提供することにある
。
(問題を解決するための手段)
本発明は、N型で高不純物密度の第1の半導体層上に低
不純物密度の第2の半導体層と低不純物密度の第3の半
導体層が順次形成されかつ第1の半導体層は第2の半導
体層より大きな電子親和力を有し、前記第3の半導体層
上に設けられた制御電極か、あるいは、高不純物密度の
第1の半導体層上に低不純物密度の第2の半導体層と低
不純物密度の第3の半導体層と第4の半導体層が順次形
成され、前記第4の半導体層上に設けられた制御電極の
いずれかと、前記制御電極を挟んだ両側に前記第1の半
導体層と電気的に接続された少なくとも2個のオーミッ
ク電極とを備えた第1の半導体装置と、前記第3の半導
体層上の前記第4の半導体層上に設けられた第4の半導
体層と第5の半導体層とを順次有し、前記第5の半導体
層上に設けられた制御電極と、この制御電極を挟んだ両
側に前記第1の半導体層と電気的に接続された少なくと
も2個のオーミック電極とを備えた第2の半導体装置と
を同一基板上に設けてあり、第4及び第5の半導体層を
低不純物密度としたことを特徴とする半導体集積装置を
提供するものである。
不純物密度の第2の半導体層と低不純物密度の第3の半
導体層が順次形成されかつ第1の半導体層は第2の半導
体層より大きな電子親和力を有し、前記第3の半導体層
上に設けられた制御電極か、あるいは、高不純物密度の
第1の半導体層上に低不純物密度の第2の半導体層と低
不純物密度の第3の半導体層と第4の半導体層が順次形
成され、前記第4の半導体層上に設けられた制御電極の
いずれかと、前記制御電極を挟んだ両側に前記第1の半
導体層と電気的に接続された少なくとも2個のオーミッ
ク電極とを備えた第1の半導体装置と、前記第3の半導
体層上の前記第4の半導体層上に設けられた第4の半導
体層と第5の半導体層とを順次有し、前記第5の半導体
層上に設けられた制御電極と、この制御電極を挟んだ両
側に前記第1の半導体層と電気的に接続された少なくと
も2個のオーミック電極とを備えた第2の半導体装置と
を同一基板上に設けてあり、第4及び第5の半導体層を
低不純物密度としたことを特徴とする半導体集積装置を
提供するものである。
また、第1の半導体層を第2の半導体層の電子親和力と
エネルギーギャップの和より小さい電子親和力とエネル
ギーギャップの和を有するP型の半導体とすれば、正孔
をキャリアとする半導体集積装置が得られる。
エネルギーギャップの和より小さい電子親和力とエネル
ギーギャップの和を有するP型の半導体とすれば、正孔
をキャリアとする半導体集積装置が得られる。
上記、第4及び第5の低不純物密度の半導体層の一部に
第1の半導体層と同じ導電型の不純物添加すれば、後述
する効果が得られる。
第1の半導体層と同じ導電型の不純物添加すれば、後述
する効果が得られる。
また、第4の半導体層を第2の半導体層より大きいエネ
ルギーギャップの半導体とすればより高性能な素子が得
られる。
ルギーギャップの半導体とすればより高性能な素子が得
られる。
以上の半導体集積装置を製造するためには、基板上に、
第1の半導体層乃至第5の半導体層を順次結晶成長する
工程と、前記結晶の一部の第5の半導体層を選択的に除
去する工程と、前記除去部の第4の半導体層上に第1の
半導体装置を形成し、前記除去部以外の第5の半導体層
上に第2の半導体装置を形成する順序で工程を行えば良
い。
第1の半導体層乃至第5の半導体層を順次結晶成長する
工程と、前記結晶の一部の第5の半導体層を選択的に除
去する工程と、前記除去部の第4の半導体層上に第1の
半導体装置を形成し、前記除去部以外の第5の半導体層
上に第2の半導体装置を形成する順序で工程を行えば良
い。
他の製造方法としては、基板上に、第1の半導体層乃至
第5の半導体層を順次結晶成長する工程と、前記結晶の
一部の第5の半導体層を選択的に除去し、更に第4の半
導体層を除去する工程と、前記除去部の第3の半導体層
上に第1の半導体装置を形成し、前記除去部以外の第5
の半導体層上に第2の半導体装置を形成する工程を行っ
ても良い。
第5の半導体層を順次結晶成長する工程と、前記結晶の
一部の第5の半導体層を選択的に除去し、更に第4の半
導体層を除去する工程と、前記除去部の第3の半導体層
上に第1の半導体装置を形成し、前記除去部以外の第5
の半導体層上に第2の半導体装置を形成する工程を行っ
ても良い。
(作用)
本発明の半導体集積装置における基本的半導体素子は、
本発明者らが出願した特願昭61−052873号及び
特願昭61−092639号に示されているように、制
御電極とチャネルの間にヘテロ接合を含み、且つ制御電
極の直下の半導体材料が原則的に高抵抗であるため、動
作モードが空乏層変調モードと電荷蓄積モードの両方を
有することができる。従って、制御可能なチャネル電荷
量が大きくでき、素子の電流駆動能力が向上し、結果的
に素子の高速化が可能となる。また、制御電極とオーミ
ック電極間の電流豆ち上がり電圧(Vr)が高く、従っ
て、見かけ上のショットキー障壁が高くなり、例えばD
CFL回路等を用いた集積回路の動作雑音余裕度を高め
られる。Vrをさらに、高めるためには第4の半導体層
のエネルギーギャップを第2の半導体層より大きくする
と良い。更に、チャネルアスペクト比を大きく取れるた
め、高性能な短チヤネル素子を容易に実現できる。本発
明の半導体集積装置は、原理的に、前記素子の表面の高
抵抗半導体層の膜厚を増減することにより、素子の電流
しきい値電圧を制御できることを用いたもので、例えば
エンハンスメント型とデイプリージョン型の素子の集積
化による特有の作用・効果を有することができる。また
、E/D構成の場合、D−FET側の表面の高抵抗半導
体層の一部に不純物を添加し、実質的にD−FETの相
互コンダクタンスを高めることもできる。
本発明者らが出願した特願昭61−052873号及び
特願昭61−092639号に示されているように、制
御電極とチャネルの間にヘテロ接合を含み、且つ制御電
極の直下の半導体材料が原則的に高抵抗であるため、動
作モードが空乏層変調モードと電荷蓄積モードの両方を
有することができる。従って、制御可能なチャネル電荷
量が大きくでき、素子の電流駆動能力が向上し、結果的
に素子の高速化が可能となる。また、制御電極とオーミ
ック電極間の電流豆ち上がり電圧(Vr)が高く、従っ
て、見かけ上のショットキー障壁が高くなり、例えばD
CFL回路等を用いた集積回路の動作雑音余裕度を高め
られる。Vrをさらに、高めるためには第4の半導体層
のエネルギーギャップを第2の半導体層より大きくする
と良い。更に、チャネルアスペクト比を大きく取れるた
め、高性能な短チヤネル素子を容易に実現できる。本発
明の半導体集積装置は、原理的に、前記素子の表面の高
抵抗半導体層の膜厚を増減することにより、素子の電流
しきい値電圧を制御できることを用いたもので、例えば
エンハンスメント型とデイプリージョン型の素子の集積
化による特有の作用・効果を有することができる。また
、E/D構成の場合、D−FET側の表面の高抵抗半導
体層の一部に不純物を添加し、実質的にD−FETの相
互コンダクタンスを高めることもできる。
以上説明した原理・作用は、キャリアが電子と正孔のい
づれに対しても共通である。
づれに対しても共通である。
また、本発明の製造方法においては、均一性の高いエピ
タキシャル成長した結晶を用い、しかも第5の半導体層
はウェットあるいはドライエツチング法を用いて選択的
に除去されるため素子のしきい値電圧のバラツキも小さ
くできる。従って、例えば、雑音余裕度の制限が非常に
厳しいE/D構成のDCFL回路を容易に形成でき、回
路の動作雑音余裕度の高い高速な半導体集積装置を得る
ことができる。
タキシャル成長した結晶を用い、しかも第5の半導体層
はウェットあるいはドライエツチング法を用いて選択的
に除去されるため素子のしきい値電圧のバラツキも小さ
くできる。従って、例えば、雑音余裕度の制限が非常に
厳しいE/D構成のDCFL回路を容易に形成でき、回
路の動作雑音余裕度の高い高速な半導体集積装置を得る
ことができる。
(実施例1)
次に本発明について図面を参照して詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例の半導体集積装置の要部構
造断面図である。第1図において、半絶縁性基板11上
に半導体層1としてアンドープのGaAs、第1の半導
体層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3として
アンドープのAlo、3Gao、−tAs、第3の半導
体層4としてアンドープのGaAs、第4の半導体層5
としてアンドープのAI。、3Gao、7As、第5の
半導体層6としてアンドープのGaAs、オーミック電
極7としてAuGe/Ni1制御電極8及び9としてW
Siをそれぞれ用いる。また、N型の高不純物密度領域
1oは、Siイオンのドーズ量が約5X1013cm−
2で、加速電圧が約50keVの条件でイオン注入した
後、900’Cの短時間熱処理により形成されている。
造断面図である。第1図において、半絶縁性基板11上
に半導体層1としてアンドープのGaAs、第1の半導
体層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3として
アンドープのAlo、3Gao、−tAs、第3の半導
体層4としてアンドープのGaAs、第4の半導体層5
としてアンドープのAI。、3Gao、7As、第5の
半導体層6としてアンドープのGaAs、オーミック電
極7としてAuGe/Ni1制御電極8及び9としてW
Siをそれぞれ用いる。また、N型の高不純物密度領域
1oは、Siイオンのドーズ量が約5X1013cm−
2で、加速電圧が約50keVの条件でイオン注入した
後、900’Cの短時間熱処理により形成されている。
尚、本実施例における各半導体層の膜厚及び不純物密度
の代表例を示すと、 図示記号 膜厚(A) 不純物密度(X 10”cm−3) アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ である。本実施例における制御電極8を有するE−FE
T及び制御電極9を有するD−FETの代表的性能指数
を例示すると、 性能指数 E−FET D−FETLg
(pm) 1 1Vt(V)
0.2 −0.6gm(m
s/mm) 350 300Vべv)11 BVg(V) 8 8である。
の代表例を示すと、 図示記号 膜厚(A) 不純物密度(X 10”cm−3) アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ である。本実施例における制御電極8を有するE−FE
T及び制御電極9を有するD−FETの代表的性能指数
を例示すると、 性能指数 E−FET D−FETLg
(pm) 1 1Vt(V)
0.2 −0.6gm(m
s/mm) 350 300Vべv)11 BVg(V) 8 8である。
ここで、Lgは制御電極の長さ(ゲート長)、Vtはし
きい値電圧、gmは相互コンダクタンス、Vrはゲート
順方向立ち上がり電圧、BVgはゲート耐圧を表わして
いる。特に、Vrは共に約IVであり、従来のGaAs
MESFETに比較して約0.25V改善されている。
きい値電圧、gmは相互コンダクタンス、Vrはゲート
順方向立ち上がり電圧、BVgはゲート耐圧を表わして
いる。特に、Vrは共に約IVであり、従来のGaAs
MESFETに比較して約0.25V改善されている。
また、ゲート耐圧も従来
GaAsMESFETの約2倍である。集積装置の高速
性の指標であるgmも十分に大きかった。本実施例の半
導体集積装置を用いて、DCFL回路構成のインバータ
ー及びこれを用いたリング発振器を作製したところ、雑
音余裕度的0.35V、無負荷でのゲート遅延時間25
ps/s、ゲート当りの消費電力0.6mWと良好な結
果を得た。また、100’C近傍の高温においても良好
に動作し、本発明による半導体集積装置が、十分な回路
の動作雑音余裕度を有し、しかも高速かつ低消費電力で
あることが分かった。
性の指標であるgmも十分に大きかった。本実施例の半
導体集積装置を用いて、DCFL回路構成のインバータ
ー及びこれを用いたリング発振器を作製したところ、雑
音余裕度的0.35V、無負荷でのゲート遅延時間25
ps/s、ゲート当りの消費電力0.6mWと良好な結
果を得た。また、100’C近傍の高温においても良好
に動作し、本発明による半導体集積装置が、十分な回路
の動作雑音余裕度を有し、しかも高速かつ低消費電力で
あることが分かった。
尚、本実施例においては、N型の高不純物密度領域10
をイオン注入法によって形成したが、例えば、有機金属
気相成長法(MOCVD法)を用いて、N型の高不純物
密度半導体層(例えば、N−GaAs)を選択的にエピ
タキシャル成長する方法など他の方法でも形成できる。
をイオン注入法によって形成したが、例えば、有機金属
気相成長法(MOCVD法)を用いて、N型の高不純物
密度半導体層(例えば、N−GaAs)を選択的にエピ
タキシャル成長する方法など他の方法でも形成できる。
(実施例2)
第2図は、本発明の他の実施例の半導体集積装置の要部
構造断面図である。第2図において、半絶縁性基板11
上の半導体層21としてアンドープのGaAs %半導
体層22としてアンドープのAlo、aGao、7As
、半導体層23としてアンドープのGaAs、第1の半
導体層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3とし
てアンドープのA1o3Gao、7As−第3の半導体
層4としてアンドープのGaAs 、第4の半導体層5
としてアンドープのAI、5Gao、、As、第5の半
導体層6としてアンドープのGaAs、オーミック電極
7としてAuGe/Ni、制御電極8及び9としてWS
iをそれぞれ用いる。更に、N型の高不純物密度領域1
0は、Siイオンのドーズ量が約5 X 1013cm
−2で、加速電圧が約50keVの条件でイオン注入し
た後、また、N型の中間不純物密度領域24は、Siイ
オンのドーズ量が約I X 1013cm−2で、加速
電圧が約30keVの条件でイオン注入した後、900
°Cの短時間熱処理により形成されている。尚、本実施
例における各半導体層の膜厚(A) 不純物密度(X 10”cm=) アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ である。本実施例における制御電極8を有するE−FE
T及び制御電極9を有するD−FETの代表的性能指性
能指数 E−FET D−PETLg
(pm) 1 1Vt(V)
0.2 −0.6gm(m
s/mm) 350 300VべV)
1.15 1BVg(V)
10 10である。本実施例に
おいては、E−FETの制御電極がGaAsに比ベエネ
ルギーギャップが大きなAI。、5GaO,5As上に
形成されているため、実施例1の場合に比べ、E−FE
TのVrが更に増加している。また、制御電極8及び9
の近傍にN型の中間不純物密度領域24を設け、いわゆ
るLDD(Lightly DopedDrain)構
造としているため、ゲート耐圧も増加している。更に、
AlGaAsからなるヘテロバッファ層22を設けてい
るために、短チヤネル効果が小さく、チャネル長の短い
素子においても良好な特性を得ることができた。また、
本実施例の半導体集積装置を用いて、DCFL回路構成
のインバーター及びこれを用いたリング発振器を作製し
たところ、雑音余裕度的0.4V、無負荷でのゲート遅
延時間25ps/s、ゲート当りの消費電力0.6mW
と良好な結果を得た。また、100°C近傍の高温にお
いても良好に動作し、本発明による半導体集積装置が、
十分な回路の動作雑音余裕度を有し、しかも高速かつ低
消費電力であることが分かった。
構造断面図である。第2図において、半絶縁性基板11
上の半導体層21としてアンドープのGaAs %半導
体層22としてアンドープのAlo、aGao、7As
、半導体層23としてアンドープのGaAs、第1の半
導体層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3とし
てアンドープのA1o3Gao、7As−第3の半導体
層4としてアンドープのGaAs 、第4の半導体層5
としてアンドープのAI、5Gao、、As、第5の半
導体層6としてアンドープのGaAs、オーミック電極
7としてAuGe/Ni、制御電極8及び9としてWS
iをそれぞれ用いる。更に、N型の高不純物密度領域1
0は、Siイオンのドーズ量が約5 X 1013cm
−2で、加速電圧が約50keVの条件でイオン注入し
た後、また、N型の中間不純物密度領域24は、Siイ
オンのドーズ量が約I X 1013cm−2で、加速
電圧が約30keVの条件でイオン注入した後、900
°Cの短時間熱処理により形成されている。尚、本実施
例における各半導体層の膜厚(A) 不純物密度(X 10”cm=) アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ である。本実施例における制御電極8を有するE−FE
T及び制御電極9を有するD−FETの代表的性能指性
能指数 E−FET D−PETLg
(pm) 1 1Vt(V)
0.2 −0.6gm(m
s/mm) 350 300VべV)
1.15 1BVg(V)
10 10である。本実施例に
おいては、E−FETの制御電極がGaAsに比ベエネ
ルギーギャップが大きなAI。、5GaO,5As上に
形成されているため、実施例1の場合に比べ、E−FE
TのVrが更に増加している。また、制御電極8及び9
の近傍にN型の中間不純物密度領域24を設け、いわゆ
るLDD(Lightly DopedDrain)構
造としているため、ゲート耐圧も増加している。更に、
AlGaAsからなるヘテロバッファ層22を設けてい
るために、短チヤネル効果が小さく、チャネル長の短い
素子においても良好な特性を得ることができた。また、
本実施例の半導体集積装置を用いて、DCFL回路構成
のインバーター及びこれを用いたリング発振器を作製し
たところ、雑音余裕度的0.4V、無負荷でのゲート遅
延時間25ps/s、ゲート当りの消費電力0.6mW
と良好な結果を得た。また、100°C近傍の高温にお
いても良好に動作し、本発明による半導体集積装置が、
十分な回路の動作雑音余裕度を有し、しかも高速かつ低
消費電力であることが分かった。
尚、本実施例においては、E−FET側のオーミック電
極7を第4の半導体層上に形成しているが、このオーミ
ック電極近傍領域の第4の半導体層を除去し、第3の半
導体層上に形成することも可能である。
極7を第4の半導体層上に形成しているが、このオーミ
ック電極近傍領域の第4の半導体層を除去し、第3の半
導体層上に形成することも可能である。
(実施例3)
第3図は、本発明の他の実施例の半導体集積装置の要部
構造断面図である。第3図において、半絶縁性基板11
上の半導体層1としてアンドープのGaAs、第1の半
導体層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3とし
てアンドープのAlo、3Gao、7As、第3の半導
体層4としてアンドープのQaAs、第4の半導体層5
としてアンドープのAl。、3Gao、7As、第5の
半導体層6のうち31としてN型のGaAs、32とし
てアンドープのGaAs、オーミック電極7としてAu
Ge/Ni、制御電極8及び9としてWSiをそれぞれ
用いる。また、N型の高不純物密度領域10は、Siイ
オンのドーズ量が約5 X 1013cm−2で、加速
電圧が約50keVの条件でイオン注入した後、900
°Cの短時間熱処理により形成されている。尚、本実施
例における各半導体層の膜厚及び不純物密度の代表例を
示すと、図示記号 膜厚(A) 不純物密度(XIO”cm−3) アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ である。本実施例における制御電極8を有するE−FE
T及び制御電極9を有するD−FETの代表的性能指数
を例示すると、 性能指数 E−FET D−PETLボ
pm) 1 1Vt(V)
0.2 −0.6gm(ms
/mm) 350 400Vr(V)
1 0.9BVg(V)
8 7である。本実施例にお
いては、D−FET側においてN型のGaAs層31を
設けているため、制御電極9とチャネル層2及び31と
の距離が短くなり、D−FETのgmが増加し、高速化
により有利になっている。結果的に、本発明による半導
体集積装置が、十分な回路の動作雑音余裕度を有し、し
かも高速かつ低消費電力であることも確認できた。
構造断面図である。第3図において、半絶縁性基板11
上の半導体層1としてアンドープのGaAs、第1の半
導体層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3とし
てアンドープのAlo、3Gao、7As、第3の半導
体層4としてアンドープのQaAs、第4の半導体層5
としてアンドープのAl。、3Gao、7As、第5の
半導体層6のうち31としてN型のGaAs、32とし
てアンドープのGaAs、オーミック電極7としてAu
Ge/Ni、制御電極8及び9としてWSiをそれぞれ
用いる。また、N型の高不純物密度領域10は、Siイ
オンのドーズ量が約5 X 1013cm−2で、加速
電圧が約50keVの条件でイオン注入した後、900
°Cの短時間熱処理により形成されている。尚、本実施
例における各半導体層の膜厚及び不純物密度の代表例を
示すと、図示記号 膜厚(A) 不純物密度(XIO”cm−3) アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ である。本実施例における制御電極8を有するE−FE
T及び制御電極9を有するD−FETの代表的性能指数
を例示すると、 性能指数 E−FET D−PETLボ
pm) 1 1Vt(V)
0.2 −0.6gm(ms
/mm) 350 400Vr(V)
1 0.9BVg(V)
8 7である。本実施例にお
いては、D−FET側においてN型のGaAs層31を
設けているため、制御電極9とチャネル層2及び31と
の距離が短くなり、D−FETのgmが増加し、高速化
により有利になっている。結果的に、本発明による半導
体集積装置が、十分な回路の動作雑音余裕度を有し、し
かも高速かつ低消費電力であることも確認できた。
以上の実施例においては、電子をキャリアとする半導体
集積装置について述べてきたが、正孔をキャリアとする
場合にも本発明の原理は同様に成り立つ。次に、正孔を
キャリアとする半導体集積装置の実施例について述べる
。
集積装置について述べてきたが、正孔をキャリアとする
場合にも本発明の原理は同様に成り立つ。次に、正孔を
キャリアとする半導体集積装置の実施例について述べる
。
(実施例4)
本実施例の半導体集積装置の要部構造断面図は第1図と
同様である。第1図において、半絶縁性基板11上の半
導体層1としてアンドープのGaAs 、第1の半導体
層2としてP型のGe、第2の半導体層3としてアンド
ープのAlo、aGa、7As、、第3の半導体層4と
してアンドープのGaAs、第4の半導体層5としてア
ンドープのAlo、aGao、7AS、第5の半導体層
6としてアンドープのGaAs、オーミック電極7とし
てAuZn、制御電極8及び9としてWSiをそれぞれ
用いる。また、P型の高不純物密度領域10は、Beイ
オンのドーズ量が約5X1013cm=で、加速電圧が
約50keVの条件でイオン注入した後、900℃の短
時間熱処理により形成されている。尚、本実施例におけ
る各半導体層の膜厚及び不純物密度の代表例を示すと、
図示記号 膜厚(A) 不純物密度(X 10
18c10l8 5000 アンド
ープ3200 アンドープ 4 50 アンドープ5 5
0 アンドープ6200 ア
ンドープ である。本実施例においても、電子をキャリアとする場
合と同様に、特にVrに関して、従来のGaAsMES
FETに比較して改善がみられた。また、本発明による
半導体集積装置が、十分な回路の動作雑音余裕度を有し
、しかも高速かつ低消費電力であることも分かった。
同様である。第1図において、半絶縁性基板11上の半
導体層1としてアンドープのGaAs 、第1の半導体
層2としてP型のGe、第2の半導体層3としてアンド
ープのAlo、aGa、7As、、第3の半導体層4と
してアンドープのGaAs、第4の半導体層5としてア
ンドープのAlo、aGao、7AS、第5の半導体層
6としてアンドープのGaAs、オーミック電極7とし
てAuZn、制御電極8及び9としてWSiをそれぞれ
用いる。また、P型の高不純物密度領域10は、Beイ
オンのドーズ量が約5X1013cm=で、加速電圧が
約50keVの条件でイオン注入した後、900℃の短
時間熱処理により形成されている。尚、本実施例におけ
る各半導体層の膜厚及び不純物密度の代表例を示すと、
図示記号 膜厚(A) 不純物密度(X 10
18c10l8 5000 アンド
ープ3200 アンドープ 4 50 アンドープ5 5
0 アンドープ6200 ア
ンドープ である。本実施例においても、電子をキャリアとする場
合と同様に、特にVrに関して、従来のGaAsMES
FETに比較して改善がみられた。また、本発明による
半導体集積装置が、十分な回路の動作雑音余裕度を有し
、しかも高速かつ低消費電力であることも分かった。
この実施例4は、電子をキャリアとする半導体集積装置
の実施例1と対をなすものであるが、本発明の原理に照
合すれば、他の実施例、実施例2及び実施例3に対応し
た正孔キャリアとする半導体集積装置が実現可能なこと
は明らかである。
の実施例1と対をなすものであるが、本発明の原理に照
合すれば、他の実施例、実施例2及び実施例3に対応し
た正孔キャリアとする半導体集積装置が実現可能なこと
は明らかである。
以上実施例1乃至実施例4においては、GaAs、Al
GaAs、Geを半導体材料として用いたが、InGa
As、InAlAs、InP、GaSb、InSb、S
iなど他の半導体材料を用いることも可能である。
GaAs、Geを半導体材料として用いたが、InGa
As、InAlAs、InP、GaSb、InSb、S
iなど他の半導体材料を用いることも可能である。
次に、本発明の半導体集積装置の製造方法の実施例につ
いて述べる。
いて述べる。
(実施例5)
第4図は、本発明の一実施例の半導体集積装置製造方法
の要部製造工程である。第4図(a)は、半導体結晶の
断面図である。第4図(a)において、半絶縁性基板1
1上の半導体層1としてアンドープのGaAs、第1の
半導体層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3と
してアンドープのAI。、3Gao、7As、第3の半
導体層4としてアンドープのGaAs、第4の半導体層
5としてアンドープのAlo、3Gao、7As−第5
の半導体層6としてアンドープのGaAsを、分子線エ
ピタキシャル(MBE)法を用いて、各々連続的に成長
する。次に、第4図(b)に示すように、D−FETと
なる領域をフォトレジスト(PR)41でマスクし、C
CL2F2とHeの混合ガス42でドライエツチングし
て、第5の半導体層6のアンドープのGaAsを選択的
に除去し、E−FETとなる領域を形成する。次に、こ
のE−FETとなる領域の第4の半導体層5のアンドー
プのAlo、3Gao、7Asをリン酸系のエツチング
液で除去する。前記PR除去後、WSiをスパッタ法で
堆積し、ドライエツチング法で加工する。その後、Si
イオンをドーズ量が約5 X 1013cm−2で、加
速電圧が約50keVの条件でイオン注入した後、90
0°Cの短時間熱処理を施す。その後、オーミック電極
7としてAuGe/Niを蒸着し、熱処理により合金化
する。最後に、素子間の配線を行い完成させる。尚、本
実施例における各半導体図示記号 膜厚(A)
不純物密度(X 1018cm−3)1 50
00 アンドープ3200
アンドープ 4 50 アンドープ5
50 アンドープ6200
アンドープ である。本実施例において得られた素子のしきい値電圧
Vtの標準偏差σVtは、約20mVと良好であった。
の要部製造工程である。第4図(a)は、半導体結晶の
断面図である。第4図(a)において、半絶縁性基板1
1上の半導体層1としてアンドープのGaAs、第1の
半導体層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3と
してアンドープのAI。、3Gao、7As、第3の半
導体層4としてアンドープのGaAs、第4の半導体層
5としてアンドープのAlo、3Gao、7As−第5
の半導体層6としてアンドープのGaAsを、分子線エ
ピタキシャル(MBE)法を用いて、各々連続的に成長
する。次に、第4図(b)に示すように、D−FETと
なる領域をフォトレジスト(PR)41でマスクし、C
CL2F2とHeの混合ガス42でドライエツチングし
て、第5の半導体層6のアンドープのGaAsを選択的
に除去し、E−FETとなる領域を形成する。次に、こ
のE−FETとなる領域の第4の半導体層5のアンドー
プのAlo、3Gao、7Asをリン酸系のエツチング
液で除去する。前記PR除去後、WSiをスパッタ法で
堆積し、ドライエツチング法で加工する。その後、Si
イオンをドーズ量が約5 X 1013cm−2で、加
速電圧が約50keVの条件でイオン注入した後、90
0°Cの短時間熱処理を施す。その後、オーミック電極
7としてAuGe/Niを蒸着し、熱処理により合金化
する。最後に、素子間の配線を行い完成させる。尚、本
実施例における各半導体図示記号 膜厚(A)
不純物密度(X 1018cm−3)1 50
00 アンドープ3200
アンドープ 4 50 アンドープ5
50 アンドープ6200
アンドープ である。本実施例において得られた素子のしきい値電圧
Vtの標準偏差σVtは、約20mVと良好であった。
また、DCFL回路構成を用いて回路を作製したところ
、実施例1で示したものと同様の良好な性能を確認でき
た。更に、素子特性の均−性及び再現性も良好であった
。
、実施例1で示したものと同様の良好な性能を確認でき
た。更に、素子特性の均−性及び再現性も良好であった
。
尚、本実施例においては、E−FETどなる領域の第4
の半導体層5のアンドープのAlo、aGao、7AS
をリン酸系のエツチング液で除去したが、この半導体層
を残したままWSiを堆積、加工してもよい。この場合
、実施例2で述べたように、Vrが改善される。また、
ドライエツチング用のガス42として、O□、C12,
CCl4.CBrF3.CF4,5iC14,SF6.
HCI、HBrなどのガスの組合せによる混合ガスを用
いることも可能である。更に、ドライエツチング用のガ
ス42の代わりに、酒石酸や弗化アンモニウム液などを
用いてもよい。
の半導体層5のアンドープのAlo、aGao、7AS
をリン酸系のエツチング液で除去したが、この半導体層
を残したままWSiを堆積、加工してもよい。この場合
、実施例2で述べたように、Vrが改善される。また、
ドライエツチング用のガス42として、O□、C12,
CCl4.CBrF3.CF4,5iC14,SF6.
HCI、HBrなどのガスの組合せによる混合ガスを用
いることも可能である。更に、ドライエツチング用のガ
ス42の代わりに、酒石酸や弗化アンモニウム液などを
用いてもよい。
また、この実施例5は、電子をキャリアとする半導体集
積装置の製造方法であるが、本発明の原理に照合すれば
、原則的に、正孔をキャリアとする半導体集積装置の製
造方法としても同様に適応可能なことは明らかである。
積装置の製造方法であるが、本発明の原理に照合すれば
、原則的に、正孔をキャリアとする半導体集積装置の製
造方法としても同様に適応可能なことは明らかである。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明によれば、回路の動作雑音
余裕度が大きく、しかも高速性及び低消費電力性に優れ
た半導体集積装置が実現できるという効果がある。更に
、均−性及び再現性が良好な製造方法により歩留りが向
上できるため、価格の低減にも非常に有効である。
余裕度が大きく、しかも高速性及び低消費電力性に優れ
た半導体集積装置が実現できるという効果がある。更に
、均−性及び再現性が良好な製造方法により歩留りが向
上できるため、価格の低減にも非常に有効である。
第1図から第3図は本発明の半導体集積装置の実施例に
おける模式的構造断面図、第4図(a)、(b)、(c
)は本発明の半導体集積装置の製造方法の実施例におけ
る主な製造工程を示す模式的構造断面図である。 10.・アンドープGaAs層、2・・・第1の半導体
層(N型GaAsあるいはP型Ge)、3・・・第2の
半導体層(アンドープAIGaAs)、4・・・第3の
半導体層(アンドープGaAs)、5・・・第4の半導
体層(アンドープAIGaAs)、6・・・第5の半導
体層(アンドープGaAs)、7・・・オーミック電極
、8.9・・・制御電極、10・・・N型の高不純物密
度領域、11・・・基板、21・・・アンドープGaA
J、22・・・アンドープAlGaAs、 23−・・
アンドープGaAs、 24・N型の中間不純物密度領
域、31・・・第5の半導体層(N型GaAs)、32
・・・第5の半導体層(アンドープGaAs)、41・
・・フォトレジスト、42・・・ドライエツチング用混
合ガス、43・・・注入イオン。 第1図 第2図
おける模式的構造断面図、第4図(a)、(b)、(c
)は本発明の半導体集積装置の製造方法の実施例におけ
る主な製造工程を示す模式的構造断面図である。 10.・アンドープGaAs層、2・・・第1の半導体
層(N型GaAsあるいはP型Ge)、3・・・第2の
半導体層(アンドープAIGaAs)、4・・・第3の
半導体層(アンドープGaAs)、5・・・第4の半導
体層(アンドープAIGaAs)、6・・・第5の半導
体層(アンドープGaAs)、7・・・オーミック電極
、8.9・・・制御電極、10・・・N型の高不純物密
度領域、11・・・基板、21・・・アンドープGaA
J、22・・・アンドープAlGaAs、 23−・・
アンドープGaAs、 24・N型の中間不純物密度領
域、31・・・第5の半導体層(N型GaAs)、32
・・・第5の半導体層(アンドープGaAs)、41・
・・フォトレジスト、42・・・ドライエツチング用混
合ガス、43・・・注入イオン。 第1図 第2図
Claims (6)
- (1)N型で高不純物密度の第1の半導体層上に低不純
物密度の第2の半導体層と低不純物密度の第3の半導体
層が順次形成されかつ第1の半導体層は第2の半導体層
より大きな電子親和力を有し、前記第3の半導体層上に
設けられた制御電極か、あるいは、高不純物密度の第1
の半導体層上に低不純物密度の第2の半導体層と低不純
物密度の第3の半導体層と第4の半導体層が順次形成さ
れ、前記第4の半導体層上に設けられた制御電極のいず
れかと、前記制御電極を挟んだ両側に前記第1の半導体
層と電気的に接続された少なくとも2個のオーミック電
極とを備えた第1の半導体装置と、前記第3の半導体層
上の前記第4の半導体層上に設けられた第4の半導体層
と第5の半導体層とを順次有し、前記第5の半導体層上
に設けられた制御電極と、この制御電極を挟んだ両側に
前記第1の半導体層と電気的に接続された少なくとも2
個のオーミック電極とを備えた第2の半導体装置とを同
一基板上に設けてあり、第4及び第5の半導体層を低不
純物密度としたことを特徴とする半導体集積装置。 - (2)特許請求の範囲第1項記載の半導体集積装置にお
いて、第1の半導体層を第2の半導体層の電子親和力と
エネルギーギャップの和より小さい電子親和力とエネル
ギーギャップの和を有するP型の半導体とした特許請求
の範囲第1項記載の半導体集積装置。 - (3)特許請求の範囲第1項及び第2項記載の半導体集
積装置において、第4及び第5の低不純物密度の半導体
層の一部に第1の半導体層と同じ導電型の不純物を添加
したことを特徴とする半導体集積装置。 - (4)特許請求の範囲第1項から第3項記載の半導体集
積装置において第4の半導体層を第2の半導体層より大
きいエネルギーギャップの半導体とした半導体集積装置
。 - (5)基板上に、第1の半導体層乃至第5の半導体層を
順次結晶成長する工程と、前記結晶の一部の第5の半導
体層を選択的に除去する工程と、前記除去部の第4の半
導体層上に第1の半導体装置を形成し、前記除去部以外
の第5の半導体層上に第2の半導体装置を形成する工程
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4
項記載の半導体集積装置の製造方法。 - (6)基板上に、第1の半導体層乃至第5の半導体層を
順次結晶成長する工程と、前記結晶の一部の第5の半導
体層を選択的に除去し、更に第4の半導体層を除去する
工程と、前記除去部の第3の半導体層上に第1の半導体
装置を形成し、前記除去部以外の第5の半導体層上に第
2の半導体装置を形成する工程を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第1項乃至第4項記載の半導体集積装置
の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63161512A JP2503594B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 半導体集積装置及びその製造方法 |
| DE68928395T DE68928395T2 (de) | 1988-06-28 | 1989-06-28 | Halbleitervorrichtung mit Verbindungshalbleiterfet mit E/D-Struktur mit hoher Geräuschmarge |
| EP89111778A EP0348944B1 (en) | 1988-06-28 | 1989-06-28 | Semiconductor device having compound semiconductor fet of E/D structure with high noise margin |
| US07/608,039 US5043776A (en) | 1988-06-28 | 1990-11-02 | Semiconductor device having compound semiconductor FET of E/D structure with high margin |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63161512A JP2503594B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 半導体集積装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0210747A true JPH0210747A (ja) | 1990-01-16 |
| JP2503594B2 JP2503594B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=15736472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63161512A Expired - Fee Related JP2503594B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 半導体集積装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503594B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02205362A (ja) * | 1988-12-28 | 1990-08-15 | American Teleph & Telegr Co <Att> | GaAs集積回路およびその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61168965A (ja) * | 1985-01-23 | 1986-07-30 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JPS6273674A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-04 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
-
1988
- 1988-06-28 JP JP63161512A patent/JP2503594B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61168965A (ja) * | 1985-01-23 | 1986-07-30 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JPS6273674A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-04 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02205362A (ja) * | 1988-12-28 | 1990-08-15 | American Teleph & Telegr Co <Att> | GaAs集積回路およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2503594B2 (ja) | 1996-06-05 |
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