JPH0412536A - compound semiconductor device - Google Patents

compound semiconductor device

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Publication number
JPH0412536A
JPH0412536A JP11180790A JP11180790A JPH0412536A JP H0412536 A JPH0412536 A JP H0412536A JP 11180790 A JP11180790 A JP 11180790A JP 11180790 A JP11180790 A JP 11180790A JP H0412536 A JPH0412536 A JP H0412536A
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JP
Japan
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region
diode element
type semiconductor
junction diode
compound semiconductor
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Pending
Application number
JP11180790A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Kitahara
北原 敏昭
Takeshi Yasuda
武 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0412536A publication Critical patent/JPH0412536A/en
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、化合物半導体装置に関し、特に、Pn接合型
ダイオード素子を有する化合物半導体装置に適用して有
効な技術に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a compound semiconductor device, and particularly to a technique that is effective when applied to a compound semiconductor device having a Pn junction diode element.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

低雑音、高周波等の特長を有するマイクロ波トランジス
タとして、砒化ガリウム電界効果トランジスタ(GaA
s−ME S F E T)が知られている。
Gallium arsenide field effect transistors (GaA
s-MESFET) is known.

このGaAs−MESFETはGaAs基板(化合物半
導体基板又は半絶縁性基板)の主面に形成される。Ga
As−MESFETは主にチャネル領域。
This GaAs-MESFET is formed on the main surface of a GaAs substrate (a compound semiconductor substrate or a semi-insulating substrate). Ga
As-MESFET mainly has a channel region.

ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極で構成される
。
It consists of a source region, a drain region, and a gate electrode.

本発明者はUHF帯域で使用される千ノリシックに組込
まれたGaAs−ME S F E Tの開発を行って
いる。この種のGaAs−MESFETは200[v]
以上の静電気破壊耐圧が必要とされる。このような静電
気破壊耐圧を得るには静電気破壊防止回路(静電気保護
素子)を内蔵することが一般的である。例えば1本発明
者が開発中のGaAs−MESFETにおいては、デュ
アルゲート構造を採用し、第1ゲート電極、第2ゲート
電極の夫々とソース領域との間に静電気破壊防止回路を
挿入する。この静電気破壊防止回路はpn接合型ダイオ
ード素子で構成される。
The inventor is developing a highly integrated GaAs-MESFET for use in the UHF band. This type of GaAs-MESFET is 200[v]
A higher electrostatic breakdown voltage is required. To obtain such electrostatic breakdown voltage, it is common to incorporate an electrostatic breakdown prevention circuit (static protection element). For example, a GaAs-MESFET currently being developed by the present inventor employs a dual gate structure, and an electrostatic breakdown prevention circuit is inserted between each of the first gate electrode, the second gate electrode, and the source region. This electrostatic breakdown prevention circuit is composed of a pn junction type diode element.

前記静電気破壊防止回路であるpn接合型ダイオード素
子はGaAs基板の主面部に形成されたn型半導体領域
(カソード領域)及びp型半導体領域(アノード領域)
で構成される。前記p型半導体領域は、拡散用マスクで
規定された領域内において、G a A s基板の主面
部にその主面から熱拡散法でP型不純物を拡散すること
により形成される。このp型半導体領域の端部は、前記
n型半導体領域と接触し、pn接合部を形成する。前記
p型不純物は、活性化率が高く、かつ高い不純物濃度で
形成できるので、Zn(亜鉛)を一般的に使用する。
The pn junction diode element, which is the electrostatic breakdown prevention circuit, has an n-type semiconductor region (cathode region) and a p-type semiconductor region (anode region) formed on the main surface of a GaAs substrate.
Consists of. The p-type semiconductor region is formed by diffusing P-type impurities from the main surface of the GaAs substrate into the main surface of the GaAs substrate in a region defined by a diffusion mask using a thermal diffusion method. An end of the p-type semiconductor region contacts the n-type semiconductor region to form a pn junction. Zn (zinc) is generally used as the p-type impurity because it has a high activation rate and can be formed at a high impurity concentration.

前記pn接合型ダイオード素子は、P型半導体領域、n
型半導体領域の夫々にアノード電極、カソード電極の夫
々を接続する。アノード電極、カソード電極の夫々は、
pn接合型ダイオード素子上を覆うパッシベーション膜
上に形成され、このパッシベーション膜に形成された開
口を通して各領域に接続される。パッシベーション膜は
例えば窒化珪素(Si、N4)膜に比べてG a A 
s基板との応力が小さいPSG膜で形成される。
The pn junction diode element includes a p-type semiconductor region, n
An anode electrode and a cathode electrode are connected to each of the type semiconductor regions. Each of the anode electrode and cathode electrode is
It is formed on a passivation film that covers the pn junction diode element, and is connected to each region through the opening formed in this passivation film. For example, the passivation film has a higher G a A than a silicon nitride (Si, N4) film.
It is formed of a PSG film that has low stress with the s-substrate.

なお、この種のpn接合型ダイオード素子を有する、G
aAs−MESFETにライては1例えば、電気通信学
会、rED84−86J、Vol、84.No。
Note that G, which has this type of pn junction diode element,
Regarding aAs-MESFET, see, for example, IEICE, rED84-86J, Vol. 84. No.

185、第7頁乃至第13頁に記載される。185, pages 7 to 13.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明者は、前述の静電気破壊防止回路としてのpn接
合型ダイオード素子について、下記の問題点を見出した
。
The present inventor discovered the following problems with the above-mentioned pn junction diode element as the electrostatic breakdown prevention circuit.

前記pn接合型ダイオード素子のp型半導体領域のp型
不純物であるZnは、G a A s基板の深さ方向の
拡散距離に比べて、GaAs基板の表面に沿う横方向拡
散距離(ラテラル拡散距離)が大きい。
Zn, which is a p-type impurity in the p-type semiconductor region of the p-n junction diode element, has a lateral diffusion distance along the surface of the GaAs substrate (lateral diffusion distance) compared to a diffusion distance in the depth direction of the GaAs substrate. ) is large.

例えば、Znは、深さ方向の拡散距離に対して、横方向
拡散距離が4〜7倍以上の異常拡散を生じる。このZn
の異常拡散は、GaAs基板とパッシベーション膜(P
SG膜)との接着力が低いことが原因として考えられる
。このため、GaAs基板上でのP型半導体領域つまり
アノード領域の占有面積が増大し−pn接合型ダイオー
ド素子の占有面積が増大するので、化合物半導体装置の
集積度が低下する。
For example, Zn causes abnormal diffusion in which the lateral diffusion distance is 4 to 7 times longer than the depth direction diffusion distance. This Zn
The abnormal diffusion occurs between the GaAs substrate and the passivation film (P
This is thought to be due to the low adhesive strength with the SG film. Therefore, the area occupied by the P-type semiconductor region, that is, the anode region on the GaAs substrate increases, and the area occupied by the -pn junction diode element increases, resulting in a decrease in the degree of integration of the compound semiconductor device.

また、前記pn接合型ダイオード素子のp型半導体領域
の横方向に異常拡散した領域はその他の領域に比べてP
型不純物の不純物濃度が低下する。
In addition, the abnormally diffused region in the lateral direction of the p-type semiconductor region of the p-n junction diode element has a higher concentration of P than other regions.
The impurity concentration of type impurities decreases.

つまり、この異常拡散された領域の寄生抵抗値は高くな
り、アノード電極とカソード電極との間のシリーズ抵抗
値を増大する。このため、pn接合型ダイオード素子の
V、特性でのオン抵抗が増大し、特にサージ電圧(過大
電圧)を吸収できないので、MESFETの静電気破壊
が多発する。
In other words, the parasitic resistance value of this abnormally diffused region increases, increasing the series resistance value between the anode electrode and the cathode electrode. For this reason, the on-resistance in terms of V and characteristics of the pn junction diode element increases, and in particular, it cannot absorb surge voltage (excessive voltage), resulting in frequent electrostatic breakdown of the MESFET.

本発明の目的は、pn接合型ダイオード素子を有する化
合物半導体装置において、集積度を向上することが可能
な技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique that can improve the degree of integration in a compound semiconductor device having a pn junction diode element.

本発明の他の目的は、前記pn接合型ダイオード素子の
オン抵抗値を低減することが可能な技術を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the on-resistance value of the pn junction diode element.

本発明の他の目的は、pn接合型ダイオード素子を静電
気破壊防止回路とする、MESFETを有する化合物半
導体装置において、MESFETの静電気破壊耐圧を向
上することが可能な技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the electrostatic breakdown voltage of the MESFET in a compound semiconductor device having a MESFET that uses a pn junction diode element as an electrostatic breakdown prevention circuit.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

(1)化合物半導体基板の主面部にpn接合型ダイオー
ド素子を構成する化合物半導体装置において、前記pn
接合型ダイオード素子が、前記化合物半導体基板の主面
の第1領域に形成されたp型半導体領域、及び前記化合
物半導体基板の主面の第1領域の端部のこの第1領域の
表面と交差しかつ前記化合物半導体基板の深さ方向に伸
びる第2領域に形成されたn型半導体領域で構成される
。
(1) In a compound semiconductor device comprising a pn junction diode element on the main surface of a compound semiconductor substrate, the pn
A junction diode element intersects a p-type semiconductor region formed in a first region of the main surface of the compound semiconductor substrate, and a surface of the first region at an end of the first region of the main surface of the compound semiconductor substrate. In addition, the n-type semiconductor region is formed in a second region extending in the depth direction of the compound semiconductor substrate.

前記pn接合型ダイオード素子のn型半導体領域が形成
された第2領域は、化合物半導体基板の主面に形成され
たモートの内壁又はメサの外壁である。
The second region in which the n-type semiconductor region of the pn junction diode element is formed is an inner wall of a moat or an outer wall of a mesa formed on the main surface of the compound semiconductor substrate.

(2)前記pn接合型ダイオード素子はMESFETの
ゲート電極とソース領域との間に挿入された静電気破壊
防止回路の保護素子を構成する。
(2) The pn junction diode element constitutes a protection element of an electrostatic breakdown prevention circuit inserted between the gate electrode and source region of the MESFET.

〔作  用〕[For production]

上述した手段(1)によれば、前記pn接合型ダイオー
ド素子のP型半導体領域(アノード領域)の化合物半導
体基板の主面に沿う横方向拡散を第2領域の表面で抑え
られるので、pn接合型ダイオード素子の占有面積を縮
小し、化合物半導体装置の集積度を向上できる。また、
前記pn接合型ダイオード素子のp型半導体領域の横方
向拡散で生じる寄生抵抗値を低減できるので、ダイオー
ド素子のV、特性でのオン抵抗を小くできる。また、前
記pn接合型ダイオード素子のP型半導体領域の横方向
拡散を前記第2領域の表面で抑え、この抑えられたp型
不純物が第2領域の表面に沿って化合物半導体基板の深
さ方向に拡散されるので、p型半導体領域とn型半導体
領域とのpn接合面を湾曲させ、pn接合面積を増加で
きる。この結果、pn接合型ダイオード素子の占有面積
を縮小できるので、化合物半導体装置の集積度を向上で
きる。
According to the above-mentioned means (1), since the lateral diffusion along the main surface of the compound semiconductor substrate of the P-type semiconductor region (anode region) of the p-n junction diode element can be suppressed on the surface of the second region, the p-n junction The area occupied by the type diode element can be reduced, and the degree of integration of the compound semiconductor device can be improved. Also,
Since the parasitic resistance value caused by the lateral diffusion of the p-type semiconductor region of the p-n junction diode element can be reduced, the on-resistance in terms of V and characteristics of the diode element can be reduced. Further, the lateral diffusion of the P-type semiconductor region of the p-n junction diode element is suppressed at the surface of the second region, and the suppressed p-type impurity is distributed along the surface of the second region in the depth direction of the compound semiconductor substrate. Therefore, the pn junction surface between the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region can be curved, and the pn junction area can be increased. As a result, the area occupied by the pn junction diode element can be reduced, and the degree of integration of the compound semiconductor device can be improved.

上述した手段(2)によれば、前記pn接合型ダイオー
ド素子のオン抵抗を小さくできるので、サージ電圧の吸
収効率を高め、MESFETの静電気破壊耐圧を向上で
きる。
According to the above-mentioned means (2), the on-resistance of the pn junction diode element can be reduced, so that the surge voltage absorption efficiency can be increased and the electrostatic breakdown voltage of the MESFET can be improved.

以下、本発明の構成について、静電気破壊防止回路をp
n接合型ダイオード素子で構成する、デュアルゲート構
造のGaAs−ME S F E Tを有する化合物半
導体装置に本発明を適用した一実施例とともに説明する
。
Hereinafter, regarding the configuration of the present invention, the electrostatic breakdown prevention circuit will be described.
An embodiment in which the present invention is applied to a compound semiconductor device having a dual-gate structure GaAs-MESFET constituted by an n-junction diode element will be described.

なお、実施例を説明するための全回において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。
Note that throughout the description of the embodiments, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanations thereof will be omitted.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明の一実施例であるGaAs−MESFETを有す
る化合物半導体装置の構成を第2図(等価回路図)で示
す。
FIG. 2 (equivalent circuit diagram) shows the structure of a compound semiconductor device having a GaAs-MESFET, which is an embodiment of the present invention.

第2図に示すように、化合物半導体装置に搭載されたG
aAs−MESFET(Tr)はデュアルゲート構造で
構成される。つまり、GaAs−MESFET(Tr)
は、2個の第1ゲート電極(G1)と第2ゲート電極(
G2)とで構成されるゲート電極(G)、ソース電極(
S)及びドレイン電極(D)で構成される。
As shown in Figure 2, G
The aAs-MESFET (Tr) has a dual gate structure. In other words, GaAs-MESFET (Tr)
has two first gate electrodes (G1) and a second gate electrode (G1).
G2), a gate electrode (G), a source electrode (
S) and a drain electrode (D).

このGaAs−ME S F E T(T r)の第1
ゲート電極(Gl)、第2ゲート電極(G2)の夫々と
ソース電極(S)との間には静電気破壊防止回路が挿入
される。この静電気破壊防止回路はバックトウバック構
造のpn接合型ダイオード素子(DI)及びpn接合型
ダイオード素子(D2)で構成される。
The first of this GaAs-MESFET(Tr)
An electrostatic breakdown prevention circuit is inserted between each of the gate electrode (Gl) and the second gate electrode (G2) and the source electrode (S). This electrostatic breakdown prevention circuit is composed of a back-to-back pn junction diode element (DI) and a pn junction diode element (D2).

一方のpn接合型ダイオード素子(Dl)は第1ゲート
電極(G1)とソース電極(S)との間に挿入される。
One pn junction diode element (Dl) is inserted between the first gate electrode (G1) and the source electrode (S).

pn接合型ダイオード素子(Dl)はカソード領域を互
いに接続した2個のダイオード素子で構成される。この
一方のダイオード素子のアノード領域は第1ゲート電極
(G1)に接続され、他方のアノード領域はソース電極
(S)に接続される。
A pn junction diode element (Dl) is composed of two diode elements whose cathode regions are connected to each other. The anode region of one of the diode elements is connected to the first gate electrode (G1), and the anode region of the other diode element is connected to the source electrode (S).

また、他方のpn接合型ダイオード素子(D2)は第2
ゲート電極(G2)とソース電極(S)との間に挿入さ
れる。pn接合型ダイオード素子(D2)はカソード領
域を互いに接続した2個のダイオード素子で構成される
。この一方のダイオード素子の7ノード領域は第2ゲー
ト電極(G2)に接続され、他方の7ノード領域はソー
ス電極(S)に接続される。
Moreover, the other pn junction type diode element (D2) is the second
It is inserted between the gate electrode (G2) and the source electrode (S). The pn junction diode element (D2) is composed of two diode elements whose cathode regions are connected to each other. The seven node regions of one of the diode elements are connected to the second gate electrode (G2), and the other seven node regions are connected to the source electrode (S).

次に、前記GaAs−MESFET(Tr)pn接合型
ダイオード素子D(Di、D2)の具体的な構造につい
て、第1図(要部断面図)を用いて説明する。
Next, the specific structure of the GaAs-MESFET (Tr) pn junction diode element D (Di, D2) will be explained using FIG. 1 (a sectional view of the main part).

前述の化合物半導体装置はG a A s基板(化合物
半導体基板又は半絶縁性基板)1で構成される。
The aforementioned compound semiconductor device is composed of a GaAs substrate (compound semiconductor substrate or semi-insulating substrate) 1.

このGaAs基板1の素子形成面となる主面には前記G
aAs−MESFET(Tr)、pn接合型ダイオード
素子りの夫々が搭載される。G a A s基板1の主
面は(100’)結晶面で構成される。また、図示しな
いが、化合物半導体装置の製造プロセスにおいて、Ga
As半導体ウェーハ(G a A s基板1のダイシン
グ工程前の状態)のオリエンテーションフラットは(0
1丁)結晶面で構成される。
The main surface of this GaAs substrate 1, which is the element formation surface, has the
Each of an aAs-MESFET (Tr) and a pn junction diode element is mounted. The main surface of the GaAs substrate 1 is composed of a (100') crystal plane. Although not shown, in the manufacturing process of compound semiconductor devices, Ga
The orientation flat of the As semiconductor wafer (the state before the dicing process of the GaAs substrate 1) is (0
1) Consists of crystal planes.

前記GaAs−MESFET(Tr)はゲート電極(G
)である導体膜3.チャネル領域であるn型半導体領域
2A、ソース領域(S)及びドレイン領域(D)である
一対のゴ型半導体領域2で構成される。
The GaAs-MESFET (Tr) has a gate electrode (G
) is the conductive film 3. It is composed of an n-type semiconductor region 2A which is a channel region, and a pair of go-type semiconductor regions 2 which are a source region (S) and a drain region (D).

導体膜3は例えばAQで構成される。ゴ型半導体領域2
の主面には電極7を介在させて配線9が接続される。電
極フは例えばAuGe、Ni、Auの夫々を順次積層し
た積層膜で構成される。この電極7はパッシベーション
膜6に形成された開口を通してゴ型半導体領域2の表面
に接続される。パッシベーション膜6はG a A s
基板1との応力が小さぃ例えばPSG膜で構成される。
The conductive film 3 is made of AQ, for example. Go-type semiconductor region 2
A wiring 9 is connected to the main surface of the substrate with an electrode 7 interposed therebetween. The electrode plate is composed of a laminated film in which AuGe, Ni, and Au are laminated in sequence, for example. This electrode 7 is connected to the surface of the Go-type semiconductor region 2 through an opening formed in the passivation film 6. The passivation film 6 is made of GaAs
The stress between the substrate 1 and the substrate 1 is small; for example, it is made of a PSG film.

配線9はパッシベーション膜8に形成された開口を通し
て電極7に接続される。
Wiring 9 is connected to electrode 7 through an opening formed in passivation film 8 .

前記静電気破壊防止回路を構成するpn接合型ダイオー
ド素子(D)はアノード領域として使用されるp°型半
導体領域5及びカソード領域として使用されるゴ型半導
体領域2で構成される。このP。
The pn junction diode element (D) constituting the electrostatic breakdown prevention circuit is composed of a p° type semiconductor region 5 used as an anode region and a go type semiconductor region 2 used as a cathode region. This P.

型半導体領域5、n゛型半導体領域2の夫々の表面には
アノード電極(図示しない)7、カソード電極7の夫々
が接続される。
An anode electrode (not shown) 7 and a cathode electrode 7 are connected to the surfaces of the n-type semiconductor region 5 and the n-type semiconductor region 2, respectively.

前記カソード領域であるゴ型半導体領域2は、基本的に
は、前記GaAs−MESFET(Tr)のソース領域
(S)又はドレイン領域(D)であるn゛型半導体領域
2と実質的に同一製造プロセスで形成される。r1″型
半導体領域2は1例えば10”[at。
Basically, the Go-type semiconductor region 2 which is the cathode region is manufactured substantially the same as the n-type semiconductor region 2 which is the source region (S) or drain region (D) of the GaAs-MESFET (Tr). formed in the process. The r1'' type semiconductor region 2 is 1, for example, 10'' [at.

as/cd]程度の高い不純物濃度で形成され、G a
 A s基板lの表面からその深さ方向に0.3[μm
]程度の深さ(xj)で形成される。
G a
A 0.3 [μm in the depth direction from the surface of the substrate l
] to a depth (xj).

前記アノード領域であるp°型半導体領域5とカソード
電極7との間、すなわちp°型半導体領域5の端部のp
n接合面の形成領域及びそのn°型半導体領域2側には
モート(溝)4が設けられる。つまり、n°型半導体領
域2は、p゛型半導体領域5の端部に設けられたモート
4の内壁及び底部に沿ったG a A s基板1の主面
部に構成されると共に、モート4からカソード電極子ま
での間のGaAs基板1の主面部に構成される6 モート4はその断面形状を方形状或は逆台形状(主面の
開口幅サイズに比べて主面よりも深い底部の幅サイズが
小さい形状)で構成する。また、モート4の平面形状は
、図示しないが、第1図の紙面と垂直方向に細長いスリ
ット形状で構成する。
between the p° type semiconductor region 5 which is the anode region and the cathode electrode 7, that is, the p° type semiconductor region 5 at the end thereof.
A moat (groove) 4 is provided in the formation region of the n-junction surface and on the n° type semiconductor region 2 side thereof. In other words, the n° type semiconductor region 2 is formed on the main surface of the GaAs substrate 1 along the inner wall and bottom of the moat 4 provided at the end of the p type semiconductor region 5, and The moat 4 formed on the main surface of the GaAs substrate 1 up to the cathode electrode has a cross-sectional shape of a rectangular or inverted trapezoid (the width of the bottom deeper than the main surface compared to the opening width of the main surface). (Small shape) Although not shown, the planar shape of the moat 4 is a slit shape that is elongated in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.

このモート4のスリット形状の長手方向の内壁は前述の
オリエンテーションフラットと実質的に平行な平面で構
成され、このモート4の長手方向の内壁は(011)結
晶面で(〈0丁丁〉結晶軸に沿って)形成される。なお
、製造プロセスで使用される条件例えばエツチング液に
よっては、モート4の断面形状が前述のように逆台形状
で構成されるので、モート4の長手方向の内壁は(01
1)結晶面に近い結晶面で構成される。このようにスリ
ット形状の長手方向の内壁を(011,)結晶面で構成
されるモート4は、ドライエツチング又はウェットエツ
チングで加工した場合、第1図及び第3図(要部拡大断
面図)に示すように、容易に断面形状を方形状或は逆台
形状で形成できる。この断面形状を有するモート4は、
本発明者の基礎研究によれば、断面形状が台形状のモー
トに比べてG a A s基板1の主面側におけるP型
不純物(例えばZn)の横方向の異常拡散量を低減でき
る結果を得た。モート4は7例えば、スリット形状の短
辺方向の幅寸法を1〜2[μm1.深さを1〜2[μm
〕の夫々で形成する。このモート4の深さは少なくとも
P°型半導体領域5の端部での深さよりも深ければよい
。
The inner wall in the longitudinal direction of the slit shape of this moat 4 is composed of a plane substantially parallel to the orientation flat described above, and the inner wall in the longitudinal direction of this moat 4 is a (011) crystal plane (aligned with the along) is formed. Note that depending on the conditions used in the manufacturing process, such as the etching solution, the cross-sectional shape of the moat 4 is configured to have an inverted trapezoidal shape as described above, so that the inner wall in the longitudinal direction of the moat 4 is (01
1) Composed of crystal planes close to crystal planes. In this way, when the moat 4 whose longitudinal inner wall of the slit shape is formed of (011,) crystal planes is processed by dry etching or wet etching, it can be seen in Figs. 1 and 3 (enlarged cross-sectional views of main parts). As shown, the cross-sectional shape can be easily formed into a rectangular shape or an inverted trapezoidal shape. The moat 4 having this cross-sectional shape is
According to the basic research conducted by the present inventor, the amount of lateral abnormal diffusion of P-type impurities (for example, Zn) on the main surface side of the GaAs substrate 1 can be reduced compared to a moat with a trapezoidal cross-sectional shape. Obtained. For example, the width of the slit shape in the short side direction of the moat 4 is set to 1 to 2 [μm1. Depth 1 to 2 μm
]. The depth of this moat 4 should be at least deeper than the depth at the end of the P° type semiconductor region 5.

前記アノード領域であるp°型半導体領域5は、例えば
101g[atoms/ al ]程度の高い不純物濃
度で形成され、G a A s基板lの表面からn°型
半導体領域2よりも若干深く構成される。p°型半導体
領域5は、第3図に示すように、拡散用マスク(例えば
フォトレジスト膜)10を使用し、熱拡散法でn型不純
物を拡散することにより形成される。n型不純物として
は、活性化率が高く、かつ高い不純物濃度で形成できる
Znを使用する。また、n型不純物は、Zn以外に、M
 g * M n + B e等を使用してもよい。
The p° type semiconductor region 5, which is the anode region, is formed with a high impurity concentration of, for example, 101 g [atoms/al], and is slightly deeper from the surface of the GaAs substrate l than the n° type semiconductor region 2. Ru. As shown in FIG. 3, the p° type semiconductor region 5 is formed by diffusing n type impurities by thermal diffusion using a diffusion mask (for example, a photoresist film) 10. Zn, which has a high activation rate and can be formed at a high impurity concentration, is used as the n-type impurity. In addition to Zn, n-type impurities include M
g * M n + B e etc. may also be used.

このpn接合型ダイオード素子(D)の形成方法につい
て、第1図及び第3図を用いて簡単に説明する。
A method for forming this pn junction diode element (D) will be briefly explained using FIGS. 1 and 3.

まず、pn接合型ダイオード素子(D)の形成領域にお
いて、G a A s基板1の主面にその深さ方向に伸
びるモート4を形成する。モート4はドライエツチング
又はウェットエツチングを使用して形成する。
First, in the formation region of the pn junction diode element (D), the moat 4 extending in the depth direction is formed on the main surface of the GaAs substrate 1. The moat 4 is formed using dry etching or wet etching.

次に、pn接合型ダイオード素子(D)の形成領域にお
いて、n°型半導体領域(カソード領域)2を形成する
。n°型半導体領域2は例えばn型不純物をイオン打込
み法及び熱拡散法を併用して導入することにより形成す
る。イオン打込み法はG a A s基板1の主面部、
モート4の底部の夫々にn型不純物を導入する。このn
型不純物はGaAS−MES’F E T (T r 
)のソース領域及びドレイン領域の形成領域にも導入さ
れる。熱拡散法はモート4の内壁にn型不純物を導入す
る。このn型不純物はマスクを使用し、pn接合型ダイ
オード素子(D)の形成領域のみに導入される。
Next, an n° type semiconductor region (cathode region) 2 is formed in the formation region of the pn junction diode element (D). The n° type semiconductor region 2 is formed, for example, by introducing an n type impurity using a combination of ion implantation and thermal diffusion. In the ion implantation method, the main surface of the GaAs substrate 1,
An n-type impurity is introduced into each bottom of the moat 4. This n
The type impurity is GaAS-MES'FET (Tr
) is also introduced into the formation regions of the source and drain regions. The thermal diffusion method introduces n-type impurities into the inner wall of the moat 4. Using a mask, this n-type impurity is introduced only into the formation region of the pn junction diode element (D).

次に、pn接合型ダイオード素子(D)のアノード領域
の形成領域が開口された拡散用マスク10を形成する。
Next, a diffusion mask 10 is formed in which a region for forming the anode region of the pn junction diode element (D) is opened.

そして、前記第3図に示すように、この拡散用マスク1
0を用いて、G a A s基板1の主面部にP型不純
物(Z n)を熱拡散法で拡散することにより、p゛型
半導体領域(アノード領域)5を形成する。このp°型
半導体領域5を形成することにより、実質的にpn接合
型ダイオード素子(D)が完成する。
Then, as shown in FIG. 3, this diffusion mask 1
A p'-type semiconductor region (anode region) 5 is formed by diffusing a P-type impurity (Zn) onto the main surface of the GaAs substrate 1 by thermal diffusion using Zn. By forming this p° type semiconductor region 5, a pn junction diode element (D) is substantially completed.

前記pn接合型ダイオード素子(D)のp°型半導体領
域5は、第3図に示すように、GaAs基板1の主面に
沿いモート4に向うZnの横方向の異常拡散を生じるが
、このZnの横方向拡散はモート4のスリット形状の長
平方向の内壁により抑えられる。つまり、モート4のア
ノード領域側の内壁で規定された領域内において、pn
接合型ダイオード素子(D)のP°型半導体領域5が形
成される。
As shown in FIG. 3, the p° type semiconductor region 5 of the pn junction diode element (D) causes abnormal lateral diffusion of Zn toward the moat 4 along the main surface of the GaAs substrate 1. Lateral diffusion of Zn is suppressed by the slit-shaped inner wall of the moat 4 in the longitudinal direction. In other words, within the area defined by the inner wall of the moat 4 on the anode area side, pn
A P° type semiconductor region 5 of a junction diode element (D) is formed.

また、前記p゛型半導体領域5の横方向拡散は、モート
4の内壁とパッシベーション膜6との界面近傍(第3図
に楕円形状の点線で囲まれた部分)において、モート4
の内壁に沿って深さ方向12にほとんど拡散されない6
本発明者の基礎研究によれば、モート4の内壁の(01
1)結晶面での拡散量が例えば(011)結晶面での拡
散量に比べて小さいことに基くと考察している。また、
本発明者は、製造プロセスにおいて、前記p°型半導体
領域5を形成した後、パッシベーション膜6を形成する
前に、パッシベーション膜6の堆積前の前洗浄を行うの
で、この前洗浄でモート4の内壁に沿うZnの浅い深さ
の拡散領域が除去されることに基くと考察している。こ
の前洗浄は1例えば100〜300[人/鳳in]のエ
ツチング速度を有するアンモニア系エツチング液で行う
。
Further, the lateral diffusion of the p-type semiconductor region 5 occurs in the moat 4 near the interface between the inner wall of the moat 4 and the passivation film 6 (the part surrounded by the elliptical dotted line in FIG. 3).
hardly diffused in the depth direction 12 along the inner wall of 6
According to the basic research of the present inventor, the inner wall of moat 4 (01
1) It is considered that this is based on the fact that the amount of diffusion on the crystal plane is smaller than the amount of diffusion on the (011) crystal plane, for example. Also,
In the manufacturing process, after forming the p° type semiconductor region 5 and before forming the passivation film 6, the present inventor performs pre-cleaning before depositing the passivation film 6. It is believed that this is based on the removal of a shallow depth diffusion region of Zn along the inner wall. This pre-cleaning is performed using an ammonia-based etching solution having an etching rate of, for example, 100 to 300 [persons/in].

また、前記p゛型半導体領域5のカソード領域側の端部
の横方向拡散はモート4の内壁で抑えられ、この抑えら
れた領域においてZnの不純物濃度が若干高くなるので
、モート4の内壁で規定された状態で深さ方向にZnが
押し呂され拡散される。
Further, the lateral diffusion at the end of the p' type semiconductor region 5 on the cathode region side is suppressed by the inner wall of the moat 4, and the Zn impurity concentration becomes slightly higher in this suppressed region. Zn is pushed and diffused in the depth direction in a defined state.

つまり、このZnが押し出された分、pn接合型ダイオ
ード素子(D)は、p°型半導体領域5とn°型半導体
領域2どのpn接合面がモート4を設けない場合のpn
接合面11に比べて湾曲し、pn接合面積を増加できる
。本発明者の基礎研究によれば、pn接合面積を約20
[%]増加できる結果が得られた。
In other words, as much as this Zn is pushed out, the pn junction diode element (D) has a pn junction surface of the p° type semiconductor region 5 and the n° type semiconductor region 2.
It is curved compared to the bonding surface 11, and the pn junction area can be increased. According to the basic research of the present inventor, the pn junction area is approximately 20
[%] results were obtained.

このように、G a A s基板1の主面部にpn接合
型ダイオード素子(D)を構成する化合物半導体装置に
おいて、前記pn接合型ダイオード素子(D)が、前記
GaAs基板1の主面の第1領域に形成されたp゛型半
導体領域5.及び前記GaAs基板1の主面の第1領域
の端部のこの第1領域の表面と交差しかつ前記G a 
A s基板1の深さ方向に伸びる第2領域(モート4の
内M、)に形成されたn°型半導体領域2で構成される
。このpn接合型ダイオード素子(D)のゴ型半導体領
域2が形成された第2領域は前記GaAs基板1の主面
に形成されたモート4のスリット形状の長手方向の内壁
である。この構成により、(1)前記pn接合型ダイオ
ード素子(D)のp°型半導体領域(アノード領域)5
のG a A s基板1の主面に沿う横方向拡散を第2
領域の表面(モート4の内壁)で抑えられるので、pn
接合型ダイオード素子(D)の占有面積を縮小し、化合
物半導体装置の集積度を向上できる。(2)前記pn接
合型ダイオード素子(D)のp°型半導体領域5の横方
向拡散で生じる寄生抵抗値(第3図に示すR)を低減で
きるので、ダイオード素子のV、特性でのオン抵抗を小
くできる0本発明者の基礎研究によれば、ダイオード素
子のvlI特性でのオン抵抗は30〜40[%コ小さく
なり、ダイオード素子の雑音特性も改善された結果を得
ることができた。
In this way, in a compound semiconductor device that includes a pn junction diode element (D) on the main surface of the GaAs substrate 1, the pn junction diode element (D) is located on the main surface of the GaAs substrate 1. p' type semiconductor region formed in one region5. and intersects the surface of the first region at the end of the first region of the main surface of the GaAs substrate 1 and the Ga
It is composed of an n° type semiconductor region 2 formed in a second region (M of the moat 4) extending in the depth direction of the As substrate 1. The second region in which the Go-type semiconductor region 2 of this pn junction diode element (D) is formed is the inner wall in the longitudinal direction of the slit shape of the moat 4 formed on the main surface of the GaAs substrate 1. With this configuration, (1) the p° type semiconductor region (anode region) 5 of the pn junction diode element (D);
The lateral diffusion along the main surface of the G a As substrate 1 is the second
Since it is suppressed by the surface of the area (inner wall of moat 4), pn
The area occupied by the junction diode element (D) can be reduced and the degree of integration of the compound semiconductor device can be improved. (2) Since the parasitic resistance value (R shown in FIG. 3) caused by the lateral diffusion of the p-type semiconductor region 5 of the p-n junction diode element (D) can be reduced, the V According to the inventor's basic research, the on-resistance of the diode element in the vlI characteristic was reduced by 30 to 40%, and the noise characteristics of the diode element were also improved. Ta.

また、GaAs−ME S F E T(T r)は入
力インピーダンスを0.6[KΩ]から0.4[KΩ]
に下げることができた。(3)前記pn接合型ダイオー
ド素子(D)のp゛型半導体領域5の横方向拡散を前記
第2領域の表面で抑え、この抑えられたp型不純物(Z
n)が第2領域の表面に沿ってG a A s基板1の
深さ方向に拡散されるので、P°型半導体領域5とn°
型半導体領域2とのpn接合面を湾曲させ、Pn接合面
積を増加できる。この結果、pn接合型ダイオード素子
(D)の占有面積を縮小できるので、化合物半導体装置
の集積度をより向上できる。
In addition, the input impedance of GaAs-MESFET(Tr) is changed from 0.6 [KΩ] to 0.4 [KΩ].
I was able to lower it to (3) The lateral diffusion of the p-type semiconductor region 5 of the p-n junction diode element (D) is suppressed on the surface of the second region, and the suppressed p-type impurity (Z
n) is diffused in the depth direction of the GaAs substrate 1 along the surface of the second region, so that the P° type semiconductor region 5 and n°
By curving the pn junction surface with the type semiconductor region 2, the Pn junction area can be increased. As a result, the area occupied by the pn junction diode element (D) can be reduced, so that the degree of integration of the compound semiconductor device can be further improved.

また、前記pn接合型ダイオード素子(D)は、GaA
s−MESFET(Tr)のゲート電極(G)とソース
領域(S)との間に挿入された静電気破壊防止回路の保
護素子を構成する。この構成により。
Further, the pn junction diode element (D) is made of GaA
It constitutes a protection element of an electrostatic breakdown prevention circuit inserted between a gate electrode (G) and a source region (S) of an s-MESFET (Tr). With this configuration.

前記pn接合型ダイオード素子(D)のオン抵抗を小さ
くできるので、サージ電圧の吸収効率を高め。
Since the on-resistance of the pn junction diode element (D) can be reduced, the surge voltage absorption efficiency is increased.

GaAs−ME S F E T(T r)の静電気破
壊耐圧を向上できる。本発明者の基礎研究によれば、前
記GaAs−MESFET(Tr)の静電気破壊耐圧を
170[V]から250[V]に向上できる結果を得ら
れた。
The electrostatic breakdown voltage of GaAs-MESFET (Tr) can be improved. According to the basic research conducted by the present inventors, it was possible to improve the electrostatic breakdown voltage of the GaAs-MESFET (Tr) from 170 [V] to 250 [V].

以上1本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
基き具体的に説明したが9本発明は、前記実施例に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て種々変更可能であることは勿論である。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on the above embodiments, 9 the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Of course.

例えば、本発明は、G a A s基板1の主面にメサ
エッチングで形成されたメサ(台形状島領域)の上部表
面に設けられたP゛型半導体領域(アノード領域)5、
及び前記メサの外壁に設けられたn゛型半導体領域2で
pn接合型ダイオード素子(D)を構成してもよい。
For example, the present invention provides a P' type semiconductor region (anode region) 5 provided on the upper surface of a mesa (trapezoidal island region) formed by mesa etching on the main surface of the GaAs substrate 1;
A pn junction diode element (D) may be formed by the n' type semiconductor region 2 provided on the outer wall of the mesa.

また、本発明は、単体の化合物半導体装置に限定されず
、集積化された化合物半導体装置や半導体レーザに適用
できる。
Furthermore, the present invention is not limited to single compound semiconductor devices, but can be applied to integrated compound semiconductor devices and semiconductor lasers.

r発明の効果〕 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
r Effects of the Invention The effects obtained by typical inventions disclosed in this application are briefly explained below.

pn接合型ダイオード素子を有する化合物半導体装置に
おいて、集積度を向上できる。
In a compound semiconductor device having a pn junction diode element, the degree of integration can be improved.

前記pn接合型ダイオード素子のオン抵抗値を低減でき
る。
The on-resistance value of the pn junction diode element can be reduced.

pn接合型ダイオード素子を静電気破壊防止回路とする
。MESFETを有する化合物半導体装置において、M
ESFETの静電気破壊耐圧を向上できる。
A pn junction diode element is used as an electrostatic breakdown prevention circuit. In a compound semiconductor device having a MESFET, M
The electrostatic breakdown voltage of ESFET can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の一実施例であるGaAS−MESF
ETを有する化合物半導体装置の要部断面図、 第2図は、前記化合物半導体装置の等価回路図、第3図
は、前記化合物半導体装置の要部拡大断面図である。 図中、1・・・G a A s基板、2・・・n°型半
導体領域、3・・・導体膜、4・・・モート、5・・・
p°型半導体領域、D・・・pn接合型ダイオード素子
、Tr・・・G a A s・MESFETである。
FIG. 1 shows a GaAS-MESF that is an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the compound semiconductor device, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of the main portion of the compound semiconductor device. In the figure, 1... Ga As substrate, 2... n° type semiconductor region, 3... conductor film, 4... moat, 5...
p° type semiconductor region, D... pn junction type diode element, Tr... Ga As MESFET.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、化合物半導体基板の主面部にpn接合型ダイオード
素子を構成する化合物半導体装置において、前記pn接
合型ダイオード素子が、前記化合物半導体基板の主面の
第1領域に形成されたp型半導体領域、及び前記化合物
半導体基板の主面の第1領域の端部のこの第1領域の表
面と交差しかつ前記化合物半導体基板の深さ方向に伸び
る第2領域に形成されたn型半導体領域で構成されたこ
とを特徴とする化合物半導体装置。 2、前記pn接合型ダイオード素子は、MESFETの
ゲート電極とソース領域との間に挿入された静電気破壊
防止回路の保護素子を構成することを特徴とする請求項
1に記載の化合物半導体装置。 3、前記pn接合型ダイオード素子のn型半導体領域が
形成された第2領域は、化合物半導体基板の主面に形成
されたモートの内壁又はメサの外壁であることを特徴と
する請求項1又は請求項2に記載の化合物半導体装置。
[Claims] 1. In a compound semiconductor device comprising a pn junction diode element on a main surface of a compound semiconductor substrate, the pn junction diode element is formed in a first region of the main surface of the compound semiconductor substrate. a p-type semiconductor region, and a second region formed at an end of the first region on the main surface of the compound semiconductor substrate, intersecting the surface of the first region and extending in the depth direction of the compound semiconductor substrate. 1. A compound semiconductor device comprising a type semiconductor region. 2. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the pn junction diode element constitutes a protection element of an electrostatic breakdown prevention circuit inserted between a gate electrode and a source region of a MESFET. 3. The second region in which the n-type semiconductor region of the pn junction diode element is formed is an inner wall of a moat or an outer wall of a mesa formed on the main surface of a compound semiconductor substrate. The compound semiconductor device according to claim 2.
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