JPH07263643A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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- JPH07263643A JPH07263643A JP4623994A JP4623994A JPH07263643A JP H07263643 A JPH07263643 A JP H07263643A JP 4623994 A JP4623994 A JP 4623994A JP 4623994 A JP4623994 A JP 4623994A JP H07263643 A JPH07263643 A JP H07263643A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 トンネルダイオードと化合物半導体FETと
の集積回路に関し、小型かつ製造が容易な構造を提供す
ることを目的とする。
【構成】 ソース領域31又はドレイン領域32上に第
一の導電型のコンタクト層2eが設けられた化合物半導
体電界効果トランジスタと,コンタクト層2eへ接続す
るトンネルダイオードとを集積した半導体装置におい
て,トンネルダイオードは,ソース領域31又はドレイ
ン領域32上のコンタクト層2e上に設けられ,かつ,
第一の導電型の第一高濃度層3を下層とし第二の導電型
の第二高濃度層4を上層として構成され,コンタクト層
2eと第一高濃度層3との間にエッチストッパ層7が設
けられ,エッチストッパ層7,第一及び第二高濃度層
3,4はエピタキシャルに堆積して構成する。
(57) [Summary] [Object] To provide an integrated circuit of a tunnel diode and a compound semiconductor FET, which is small in size and easy to manufacture. A tunnel diode in which a compound semiconductor field effect transistor having a contact layer 2e of a first conductivity type provided on a source region 31 or a drain region 32 and a tunnel diode connected to the contact layer 2e are integrated. Is provided on the contact layer 2e on the source region 31 or the drain region 32, and
The first conductivity type first high concentration layer 3 is a lower layer and the second conductivity type second high concentration layer 4 is an upper layer, and an etch stopper layer is provided between the contact layer 2e and the first high concentration layer 3. 7 is provided, and the etch stopper layer 7, the first and second high-concentration layers 3 and 4 are epitaxially deposited.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はトンネルダイオード及び
化合物半導体電界効果トランジスタを集積した半導体装
置及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device in which a tunnel diode and a compound semiconductor field effect transistor are integrated and a method of manufacturing the same.
【0002】化合物半導体FET(電界効果トランジス
タ)は,ホール易動度が小さいためにp型FETの動作
速度が遅く,高速動作をする相補型回路を製作すること
ができない。このため,nチャネルのFETと負性抵抗
素子とを組み合わせ,消費電力が小さな高速回路を構成
する試みがなされている。Since the compound semiconductor FET (field effect transistor) has a low Hall mobility, the operation speed of the p-type FET is slow, and it is not possible to fabricate a complementary circuit that operates at high speed. Therefore, an attempt has been made to combine a n-channel FET and a negative resistance element to form a high-speed circuit with low power consumption.
【0003】特にトンネルダイオードは,高速スイッチ
ング特性に優れた,かつ構造が単純な製造容易な負性抵
抗素子として知られ,高速のn型FETであるHEMT
(High Electron Mobility Transistor)と組み合わせて
高速集積回路を実現するものと期待されている。In particular, the tunnel diode is known as a negative resistance element which is excellent in high-speed switching characteristics and has a simple structure and is easy to manufacture. It is a high-speed n-type FET HEMT.
It is expected to realize a high-speed integrated circuit in combination with (High Electron Mobility Transistor).
【0004】そこで,トンネルダイオードと化合物半導
体FETとを小面積に集積し,かつ製造が容易な半導体
装置とその製造方法が必要とされている。Therefore, there is a need for a semiconductor device in which a tunnel diode and a compound semiconductor FET are integrated in a small area and which is easy to manufacture, and a manufacturing method thereof.
【0005】[0005]
【従来の技術】トンネルダイオードは構造が単純である
ため,集積しても容易に製造できる可能性があり,従来
から,シリコンFETとトンネルダイオードとを集積し
た半導体装置が考案されていた。他方,化合物半導体F
ETとトンネルダイオードとの集積は,化合物半導体装
置の製造工程における固有の困難性から,シリコンFE
Tのように集積化は容易ではない。2. Description of the Related Art Since a tunnel diode has a simple structure, it may be easily manufactured even if it is integrated. Conventionally, a semiconductor device in which a silicon FET and a tunnel diode are integrated has been devised. On the other hand, compound semiconductor F
The integration of the ET and the tunnel diode is difficult due to the inherent difficulty in the manufacturing process of the compound semiconductor device.
As with T, integration is not easy.
【0006】以下,従来のトンネルダイオードと化合物
半導体FETとを集積した半導体装置の構造とその製造
方法について説明する。図7は従来の実施例断面であ
り,化合物半導体FETとトンネルダイオードとを同一
基板上に集積した半導体装置を表している。A structure of a semiconductor device in which a conventional tunnel diode and a compound semiconductor FET are integrated and a manufacturing method thereof will be described below. FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional example and shows a semiconductor device in which a compound semiconductor FET and a tunnel diode are integrated on the same substrate.
【0007】先ず,図7を参照して,絶縁性半導体基板
1上に,FETを構成する半導体となるトランジスタ形
成層2として,チャネル層2a,電子供給層2b,コン
タクト薄層2c,ストッパ層2d,を順次堆積する。First, referring to FIG. 7, a channel layer 2a, an electron supply layer 2b, a contact thin layer 2c, a stopper layer 2d are formed on an insulating semiconductor substrate 1 as a transistor forming layer 2 which becomes a semiconductor forming an FET. , Are sequentially deposited.
【0008】次いで,トランジスタ形成領域及びトンネ
ルダイオード形成領域をそれぞれ画定し,それぞれの領
域を絶縁分離する素子分離帯8を形成する。このときト
ンネルダイオード形成領域内のコンタクト層2eは絶縁
分離されて高不純物濃度の埋込層として作用する。Next, a transistor formation region and a tunnel diode formation region are defined, and an element isolation band 8 for insulatingly isolating each region is formed. At this time, the contact layer 2e in the tunnel diode formation region is insulated and separated and acts as a buried layer having a high impurity concentration.
【0009】次いで,トンネルダイオード形成領域上
に,トンネルダイオードのpn接合を形成する第一高濃
度層3,及び第二高濃度層4を,マスクを用いた選択エ
ピタキシャル成長により堆積する。Next, the first high concentration layer 3 and the second high concentration layer 4 forming the pn junction of the tunnel diode are deposited on the tunnel diode formation region by selective epitaxial growth using a mask.
【0010】次いで,絶縁膜9を堆積し,ゲート電極5
形成領域のコンタクト層2e,ストッパ層2d,コンタ
クト薄層2cをエッチングして,底面に電子供給層2b
を表出する溝を形成する。その後,リフトオフによりゲ
ート電極5を形成する。Next, an insulating film 9 is deposited and the gate electrode 5
The contact layer 2e, the stopper layer 2d, and the contact thin layer 2c in the formation region are etched to form an electron supply layer 2b on the bottom surface.
Forming a groove that exposes After that, the gate electrode 5 is formed by lift-off.
【0011】次いで,絶縁膜9に窓を開設した後,リフ
トオフにより,ソース領域31とオーミック接続するソ
ース配線11,及びドレイン領域32及び埋込層6とオ
ーミック接続し互いに電気的に接続するドレイン配線1
2を形成する。その後,第二高濃度層4上にオーミック
接続する配線10を形成して,半導体装置を製造する。Next, after opening a window in the insulating film 9, by lift-off, the source wiring 11 ohmic-connected to the source region 31 and the drain wiring ohmic-connected to the drain region 32 and the buried layer 6 and electrically connected to each other. 1
Form 2. After that, the wiring 10 for ohmic connection is formed on the second high concentration layer 4 to manufacture a semiconductor device.
【0012】上述した従来の半導体装置では,FETと
トンネルダイオードを各別の素子分離領域に形成するた
め,素子の小面積化が制限され,十分な高集積化を実現
できない。また,トンネルダイオードを構成する第一及
び第二高濃度層3,4を,選択エピタキシャルにより堆
積するため,工程が複雑で,また結晶性の良好なエピタ
キシャル層を堆積するすることは困難であった。In the above-described conventional semiconductor device, since the FET and the tunnel diode are formed in separate element isolation regions, the reduction of the area of the element is limited, and sufficient integration cannot be realized. Further, since the first and second high concentration layers 3 and 4 constituting the tunnel diode are deposited by selective epitaxial growth, the process is complicated and it is difficult to deposit an epitaxial layer having good crystallinity. .
【0013】かかる不都合を解決し半導体装置の集積度
を向上するために,化合物半導体FETの形成領域上に
負性抵抗素子を重畳して形成する試みが,渡辺等により
なされ,通信技報 ED93−9(1993−04)に
報告されている。そこでは,負性抵抗素子として共鳴ト
ンネルダイオードを,FETとしてHEMTが用いられ
た。In order to solve such a problem and improve the integration degree of a semiconductor device, Watanabe et al. Have made an attempt to form a negative resistance element on a formation region of a compound semiconductor FET in a superposition manner. 9 (1993-04). There, a resonant tunneling diode was used as the negative resistance element and a HEMT was used as the FET.
【0014】しかし,共鳴トンネルダイオードをHEM
T上に形成するには,極めて複雑な構造と複雑かつ精密
微妙な製造工程とを必要とするため,未だ実用するには
至っていない。However, the resonant tunneling diode is
Forming on T requires an extremely complicated structure and a complicated and delicate manufacturing process, and has not yet been put to practical use.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上述したように,従来
の半導体装置の構造では,化合物半導体FETと負性抵
抗素子とを集積するには各別の素子分離領域を必要とす
るため,十分な小面積化が難しいという欠点がある。ま
た,トンネルダイオードを構成する半導体を選択エピタ
キシャル成長法により堆積するため,製造工程が複雑に
なり,また結晶性の良い半導体を堆積できないため,ト
ンネルダイオードの特性が劣るという問題がなる。As described above, in the structure of the conventional semiconductor device, separate element isolation regions are required to integrate the compound semiconductor FET and the negative resistance element, which is sufficient. There is a drawback that it is difficult to reduce the area. Further, since the semiconductors forming the tunnel diode are deposited by the selective epitaxial growth method, the manufacturing process is complicated, and since the semiconductor having good crystallinity cannot be deposited, the characteristics of the tunnel diode are deteriorated.
【0016】本発明は,FETを構成する化合物半導体
であるトランジスタ形成層上に,エッチストッパ層及び
トンネルダイオードを構成する半導体をエピタキシャル
成長した後,選択エッチングによりトンネルダイオード
を形成し,さらにその後,FETを製造するもので,F
ET上にトンネルダイオードを配設した半導体装置を選
択エピタキシャル工程を用いずに製造することができ,
優れた電気的特性を有し,製造容易なかつ集積度の高い
高速化合物半導体装置及びその製造方法を提供すること
を目的としている。The present invention epitaxially grows a semiconductor forming an etch stopper layer and a tunnel diode on a transistor forming layer which is a compound semiconductor forming an FET, forms a tunnel diode by selective etching, and then forms the FET. Manufactured, F
A semiconductor device in which a tunnel diode is arranged on the ET can be manufactured without using a selective epitaxial process,
An object of the present invention is to provide a high-speed compound semiconductor device having excellent electrical characteristics, easy to manufacture, and highly integrated, and a manufacturing method thereof.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】図1及び図2は本発明の
第一実施例断面工程図であり,半導体装置の図4(a)
の回路の一部分の断面構造を表している。図3は本発明
の第一実施例平面図であり,半導体装置の図4(a)の
回路の一部分の平面配置を表している。図4は本発明の
実施例回路図であり,化合物半導体FETとトンネルダ
イオードとの組み合わせ回路を表している。なお,図1
及び図2は,図3のAB断面図である。FIG. 1 and FIG. 2 are sectional process views of a first embodiment of the present invention, and FIG.
2 shows a cross-sectional structure of a part of the circuit. FIG. 3 is a plan view of the first embodiment of the present invention, and shows a planar layout of a part of the circuit of FIG. 4A of the semiconductor device. FIG. 4 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention and shows a combination circuit of a compound semiconductor FET and a tunnel diode. Note that Fig. 1
2 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG.
【0018】図5及び図6は本発明の第二実施例断面工
程図であり,半導体装置の図4(a)の回路の部分の断
面構造を表している。上記課題を解決するための本発明
の第一の構成は,図2(f)及び図3を参照して,ソー
ス領域31又はドレイン領域32上に第一の導電型のコ
ンタクト層2eが設けられた化合物半導体電界効果トラ
ンジスタと,該コンタクト層2eへ電気的に接続するト
ンネルダイオードとを同一基板1上に集積した半導体装
置において,該トンネルダイオードは,該ソース領域3
1又は該ドレイン領域32内直上の該コンタクト層2e
上に設けられ,かつ,第一の導電型の半導体からなる第
一高濃度層3を下層とし第一の導電型と反対の第二の導
電型の半導体からなる第二高濃度層4を上層とするpn
接合を有して構成され,該コンタクト層2eと第一高濃
度層3との間に,第一の導電型の化合物半導体からなる
エッチストッパ層7が設けられ,該エッチストッパ層
7,該第一高濃度層3及び該第二高濃度層4は,該コン
タクト層2e上に堆積されたエピタキシャル層であるこ
とを特徴として構成し,及び,第二の構成は,第一の構
成の半導体装置において,該エッチストッパ層7は,該
第一高濃度層3及び該第二高濃度層4よりも広い禁制帯
幅を有し,かつAlを含む化合物半導体からなることを
特徴として構成し,及び,第三の構成は,図6(e)を
参照して,ソース領域31又はドレイン領域32上に第
一の導電型のコンタクト層2eが設けられた化合物半導
体電界効果トランジスタと,該コンタクト層2eへ電気
的に接続するトンネルダイオードとを同一基板1上に集
積した半導体装置において,該ソース領域31又は該ド
レイン領域32内直上の該コンタクト層2e上に設けら
れ,第一の導電型と反対の第二の導電型の半導体からな
る第二高濃度層4と,該コンタクト層2eと該第二高濃
度層4との間に設けられ,第一導電型の化合物半導体か
らなるエッチストッパ層7とを有し,該エッチストッパ
層7及び該第二高濃度層4は,該コンタクト層2e上に
堆積されたエピタキシャル層であることを特徴として構
成し,及び,第四の構成は,第三の構成の半導体装置の
製造方法において,該エッチストッパ層7は,該コンタ
クト層2e及び該第二高濃度層4よりも広い禁制帯幅を
有し,かつAlを含む化合物半導体からなることを特徴
として構成し,及び,第五の構成は,図1,図2及び図
3を参照して,第一又は第二の構成の半導体装置の製造
方法において,該基板1上に,該コンタクト層2eを最
上層とする化合物半導体からなるトランジスタ形成層2
を堆積する工程と,該コンタクト層2e上に,該エッチ
ストッパ層7,該第一高濃度層3,及び該第二高濃度層
4とをこの順序で堆積する工程と,該エッチストッバ層
7をストッパとする選択的エッチングにより,該ソース
領域31又は該ドレイン領域32が形成されるべき領域
上に該トンネルダイオードを構成する該第一高濃度層3
及び該第二高濃度層4を残して,その他の該第一高濃度
層3及び該第二高濃度層4を除去する工程と,次いで,
該第一高濃度層3の外側に表出する該エッチストッパ層
7を,該第一高濃度層3及び該第二高濃度層4をマスク
として除去するエッチング工程とを有することを特徴と
して構成し,及び,第六の構成は,第三又は第四の構成
の半導体装置の製造方法において,該基板1上に,該コ
ンタクト層2eを最上層とする化合物半導体からなるト
ランジスタ形成層2を堆積する工程と,該コンタクト層
2e上に,該エッチストッパ層7,及び該第二高濃度層
4とをこの順序で堆積する工程と,該エッチストッパ層
7をストッパとする選択的エッチングにより,該ソース
領域31又は該ドレイン領域32が形成されるべき領域
上に該トンネルダイオードを構成する該第二高濃度層4
を残して,その他の該第二高濃度層4を除去し,該コン
タクト層2e,該エッチストッパ層7及び該第二高濃度
層4から構成される該トンネルダイオードを形成する工
程と,次いで,該第二高濃度層4の外側に表出する該エ
ッチストッパ層7を,該第二高濃度層4をマスクとして
除去するエッチング工程とを有することを特徴として構
成し,及び,第七の構成は,第五又は第六の構成の半導
体装置の製造方法において,該エッチストッパ層7を除
去する該エッチング工程の後,該電界効果トランジスタ
の形成領域を画定する素子分離帯8を形成する工程と,
次いで,該電界効果トランジスタのゲート電極5を画定
する開口13を有するレジストマスク16を用いて,該
トランジスタ形成領域表面に該コンタクト層2eを該ソ
ース領域31及び該ドレイン領域32とに分割する溝を
形成する工程と,次いで,リフトオフにより該溝上にゲ
ート電極5を形成する工程とを有することを特徴として
構成する。FIGS. 5 and 6 are sectional process drawings of the second embodiment of the present invention, showing the sectional structure of the circuit portion of the semiconductor device shown in FIG. 4 (a). A first configuration of the present invention for solving the above-mentioned problem is that a contact layer 2e of a first conductivity type is provided on a source region 31 or a drain region 32 with reference to FIGS. 2 (f) and 3. In a semiconductor device in which a compound semiconductor field effect transistor and a tunnel diode electrically connected to the contact layer 2e are integrated on the same substrate 1, the tunnel diode includes the source region 3
1 or the contact layer 2e directly above the drain region 32
A first high-concentration layer 3 made of a semiconductor of the first conductivity type is provided as an upper layer, and a second high-concentration layer 4 made of a semiconductor of a second conductivity type opposite to the first conductivity type is an upper layer. Pn
An etch stopper layer 7 made of a compound semiconductor of the first conductivity type is provided between the contact layer 2e and the first high-concentration layer 3 and has a junction. The one high-concentration layer 3 and the second high-concentration layer 4 are characterized in that they are epitaxial layers deposited on the contact layer 2e, and the second constitution is the semiconductor device of the first constitution. 2 is characterized in that the etch stopper layer 7 has a wider band gap than the first high concentration layer 3 and the second high concentration layer 4 and is made of a compound semiconductor containing Al, and In the third structure, referring to FIG. 6E, a compound semiconductor field effect transistor in which a contact layer 2e of the first conductivity type is provided on the source region 31 or the drain region 32, and the contact layer 2e Electrical connection to In a semiconductor device in which a diode is integrated on the same substrate 1, a semiconductor of a second conductivity type, which is provided on the contact layer 2e immediately above the source region 31 or the drain region 32 and is opposite to the first conductivity type A second high-concentration layer 4 made of a metal, and an etch stopper layer 7 made of a first-conductivity-type compound semiconductor provided between the contact layer 2e and the second high-concentration layer 4. The layer 7 and the second high-concentration layer 4 are characterized in that they are epitaxial layers deposited on the contact layer 2e, and the fourth structure is a method for manufacturing a semiconductor device of the third structure. The etch stopper layer 7 has a forbidden band width wider than those of the contact layer 2e and the second high-concentration layer 4, and is made of a compound semiconductor containing Al. The configuration of 1, with reference to FIGS. 2 and 3, in the manufacturing method of the semiconductor device of the first or second configuration, on the substrate 1, consisting of the contact layer 2e of a compound semiconductor and uppermost transistor forming layer 2
And a step of depositing the etch stopper layer 7, the first high concentration layer 3, and the second high concentration layer 4 on the contact layer 2e in this order, and the etch stopper layer 7 The first high-concentration layer 3 forming the tunnel diode on the region where the source region 31 or the drain region 32 is to be formed by selective etching serving as a stopper.
And a step of removing the other first high-concentration layer 3 and the second high-concentration layer 4 while leaving the second high-concentration layer 4;
An etching step of removing the etch stopper layer 7 exposed to the outside of the first high concentration layer 3 using the first high concentration layer 3 and the second high concentration layer 4 as a mask. And the sixth structure is the method for manufacturing a semiconductor device having the third or fourth structure, wherein the transistor formation layer 2 made of a compound semiconductor having the contact layer 2e as the uppermost layer is deposited on the substrate 1. The step of depositing the etch stopper layer 7 and the second high-concentration layer 4 on the contact layer 2e in this order, and the selective etching using the etch stopper layer 7 as a stopper. The second high-concentration layer 4 forming the tunnel diode on the region where the source region 31 or the drain region 32 is to be formed.
And the other second high-concentration layer 4 is removed to form the tunnel diode composed of the contact layer 2e, the etch stopper layer 7, and the second high-concentration layer 4, and then, And an etching step of removing the etch stopper layer 7 exposed to the outside of the second high concentration layer 4 by using the second high concentration layer 4 as a mask, and a seventh configuration In the method of manufacturing a semiconductor device having the fifth or sixth configuration, after the etching step of removing the etch stopper layer 7, a step of forming an element isolation band 8 that defines a formation region of the field effect transistor. ,
Then, using a resist mask 16 having an opening 13 that defines the gate electrode 5 of the field effect transistor, a groove for dividing the contact layer 2e into the source region 31 and the drain region 32 is formed on the surface of the transistor formation region. It is characterized in that it has a step of forming and then a step of forming the gate electrode 5 on the groove by lift-off.
【0019】[0019]
【作用】本発明の第一の構成では,図1,図2を参照し
て,トンネルダイオードはFETのソース又はドレイン
領域(31,32)上に形成される。従って,トンネル
ダイオードのために特に素子分離された領域を設ける必
要がなく,素子形成面積を小さくできるから集積度が向
上する。In the first structure of the present invention, referring to FIGS. 1 and 2, the tunnel diode is formed on the source or drain region (31, 32) of the FET. Therefore, it is not necessary to provide a region for element isolation for the tunnel diode, and the element formation area can be reduced, so that the degree of integration is improved.
【0020】また,トンネルダイオードは,FETのコ
ンタクト層2e上にエピタキシャルに堆積したエッチス
トッパ層7を堆積面として,エピタキシャルに堆積され
た第一高濃度層3及び第二高濃度層4から構成される。
従って,トンネルダイオードを構成する第一高濃度層3
及び第二高濃度層4は優れた結晶性を有し,特性のよい
トンネルダイオードが製造される。The tunnel diode is composed of the first high-concentration layer 3 and the second high-concentration layer 4 which are epitaxially deposited with the etching stopper layer 7 epitaxially deposited on the contact layer 2e of the FET as a deposition surface. It
Therefore, the first high-concentration layer 3 forming the tunnel diode
The second high-concentration layer 4 has excellent crystallinity, and a tunnel diode having excellent characteristics is manufactured.
【0021】さらに,本構成では,第一高濃度層3とコ
ンタクト層2eとの間にエッチストッパ層7が設けられ
る。この構成では,第一高濃度層3及び第二高濃度層4
をエッチングしてトンネルダイオードを形成する際に,
トランジスタ形成層2の最表層であるコンタクト層2e
を損傷,エッチングすることがないので,トンネルダイ
オードの製作後にFETの製造工程を置くことができ
る。このため,基板上に設けられたトランジスタ形成層
全面にエピタキシャル成長した半導体をパターニングし
てトンネルダイオードを製作できる。この結果,選択エ
ピタキシャルによるものと比較して,トンネルダイオー
ドを構成する結晶性がよい半導体を簡単な工程で堆積
し,その結晶性を維持したままFETと共に集積した半
導体装置を製造することができる。Further, in this structure, the etch stopper layer 7 is provided between the first high concentration layer 3 and the contact layer 2e. In this configuration, the first high concentration layer 3 and the second high concentration layer 4
When etching the tunnel diode to form a tunnel diode,
Contact layer 2e which is the outermost layer of the transistor formation layer 2
Since there is no damage or etching, the FET manufacturing process can be performed after the tunnel diode is manufactured. Therefore, the tunnel diode can be manufactured by patterning the semiconductor epitaxially grown on the entire surface of the transistor forming layer provided on the substrate. As a result, it is possible to manufacture a semiconductor device in which a semiconductor having a good crystallinity that constitutes a tunnel diode is deposited by a simple process and integrated with an FET while maintaining the crystallinity, as compared with the case of using selective epitaxial growth.
【0022】本発明の第三の構成では,図6(e)を参
照して,第一の構成において,トンネルダイオードを構
成する第一高濃度層3とトランジスタ形成層を構成する
コンタクト層2eとを共通にしたものである。In the third structure of the present invention, referring to FIG. 6 (e), in the first structure, a first high concentration layer 3 forming a tunnel diode and a contact layer 2e forming a transistor forming layer are formed. Is common.
【0023】本構成では,第一の構成と同様に,コンタ
クト層2e上にエピタキシャルに堆積したエッチストッ
パ層7を用いて,その上にエピタキシャルに堆積した第
二高濃度層4をエッチングしてパターニングする。従っ
て,トンネルダイオードは,エッチストッパ層7を挟ん
でコンタクト層2eと第二高濃度層4との間に形成され
たpn接合で構成される。In this configuration, as in the first configuration, the etch stopper layer 7 epitaxially deposited on the contact layer 2e is used, and the second high-concentration layer 4 epitaxially deposited thereon is etched and patterned. To do. Therefore, the tunnel diode is composed of a pn junction formed between the contact layer 2e and the second high-concentration layer 4 with the etch stopper layer 7 interposed therebetween.
【0024】このような,pn接合間に異種の半導体層
を挟むトンネルダイオードは,動作電圧を高くすること
ができ,とくに論理集積回路に組み込み必要な論理振幅
を出力するに適している。また,本構成では,エッチス
トッパ層7上に一層の第二高濃度層4を堆積し,これを
パターニングすれば足りるので,第一高濃度層3及び第
二高濃度層4の二層をパターニングする第一の構成より
も製造が容易である。なお,素子面積の縮小,製造の容
易さ,優れたトンネルダイオード特性を維持することが
できるのは,上述の第一実施例と同様である。Such a tunnel diode in which different kinds of semiconductor layers are sandwiched between pn junctions can increase the operating voltage and is particularly suitable for being incorporated in a logic integrated circuit to output a necessary logic amplitude. Further, in this configuration, it is sufficient to deposit one second high-concentration layer 4 on the etch stopper layer 7 and pattern it. Therefore, two layers of the first high-concentration layer 3 and the second high-concentration layer 4 are patterned. It is easier to manufacture than the first configuration. It is the same as in the first embodiment described above that the device area can be reduced, ease of manufacture, and excellent tunnel diode characteristics can be maintained.
【0025】本発明の第二の構成又は第四の構成では,
エッチストッパ層7は,トンネルダイオードを構成する
他の半導体層より広い禁制帯幅を有し,かつ,Alを含
む化合物半導体から構成される。かかる半導体層は,禁
制帯幅が狭い半導体層のエッチングに対して有効なスト
ッパとなるから,確実にエッチングを行うことができ
る。また,第四の構成では,トンネルダイオードの動作
電圧を高くするという前述の効果も奏する。In the second configuration or the fourth configuration of the present invention,
The etch stopper layer 7 has a wider band gap than the other semiconductor layers forming the tunnel diode and is made of a compound semiconductor containing Al. Since such a semiconductor layer serves as an effective stopper for etching a semiconductor layer having a narrow forbidden band, it is possible to reliably perform etching. The fourth configuration also has the above-described effect of increasing the operating voltage of the tunnel diode.
【0026】本発明の第五の構成は,第一及び第二の構
成の半導体装置の製造方法に関し,第六の構成は,第三
及び第四の構成の半導体装置の製造方法に関する。第
五,第六の構成では,図1又は図5を参照して,先ずト
ランジスタ形成層2を堆積し,その上にエピタキシャル
にエッチストッパ層7,トンネルダイオードを構成する
半導体層,即ち第五の構成では第一及び第二高濃度層
3,4,第六の構成では第二高濃度層3を順次堆積す
る。これらの層は,すべて基板1上全面に一様に堆積し
てよいから,選択エピタキシャルに比較して結晶性のよ
い半導体層が製造される。A fifth structure of the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having the first and second structures, and a sixth structure relates to a method for manufacturing a semiconductor device having the third and fourth structures. In the fifth and sixth configurations, referring to FIG. 1 or 5, first, the transistor formation layer 2 is deposited, and the etch stopper layer 7 and the semiconductor layer constituting the tunnel diode are epitaxially formed on the transistor formation layer 2, that is, the fifth configuration. In the configuration, the first and second high-concentration layers 3, 4, and in the sixth configuration, the second high-concentration layer 3 is sequentially deposited. Since all of these layers may be uniformly deposited on the entire surface of the substrate 1, a semiconductor layer having good crystallinity is produced as compared with selective epitaxial growth.
【0027】次いで,エッチストッパ層7をストッパと
するエッチングを用いて,トンネルダイオードを構成す
る半導体層をパターニングし,トンネルダイオードを製
作する。このトンネルダイオードは,エッチングでパタ
ーニングした半導体層からなるため,堆積及び加工中に
結晶欠陥が導入されず,優れた特性を保持できる。Then, the semiconductor layer forming the tunnel diode is patterned by etching using the etch stopper layer 7 as a stopper to manufacture the tunnel diode. Since this tunnel diode consists of a semiconductor layer patterned by etching, crystal defects are not introduced during deposition and processing, and excellent characteristics can be maintained.
【0028】次いで,トンネルダイオードの外側に表出
するエッチストッパ層7を除去し,トランジスタ形成層
2を表出することで,以後は通常のFETの製造工程に
従ってFETを製作することができる。かかる工程には
例えば第七の構成を用いることができる。なお,エッチ
ストッパ層7は,トンネルダイオードの形成工程におい
てトランジスタ形成層を保護するから,トンネルダイオ
ードの製作工程によってFETの特性が害されることは
ない。従って,トンネルダイオード及びFET共に優れ
た特性の素子を集積した半導体装置が製造される。Next, the etch stopper layer 7 exposed on the outside of the tunnel diode is removed and the transistor formation layer 2 is exposed, so that the FET can be manufactured thereafter in accordance with the normal FET manufacturing process. For example, the seventh configuration can be used for this step. Since the etch stopper layer 7 protects the transistor forming layer in the tunnel diode forming step, the FET characteristics are not impaired by the tunnel diode manufacturing step. Therefore, a semiconductor device in which elements having excellent characteristics are integrated in both the tunnel diode and the FET is manufactured.
【0029】また,これらの構成では,通常の半導体装
置の製造工程と同様に,選択エピタキシャルを用いず,
基板全面のエピタキシャル堆積とエッチングにより半導
体層を形成するから,通常の製造工程への適用が容易で
ある。さらに,製造工程が簡単で微妙な調整が要求され
る工程を必要としないから,製造が容易で信頼性が高
い。Further, in these structures, as in the usual semiconductor device manufacturing process, selective epitaxial is not used,
Since the semiconductor layer is formed by epitaxial deposition and etching on the entire surface of the substrate, it can be easily applied to the normal manufacturing process. Furthermore, the manufacturing process is simple and does not require a process that requires fine adjustment, so that the manufacturing is easy and the reliability is high.
【0030】第七の構成は,第五又は第六の製造方法に
おいて,トンネルダイオード製作後にFETを製作する
に適した半導体装置の製造方法に関する。本構成では,
第五又は第六の方法によりトンネルダイオードを製作
し,トランジスタ形成層2を表出した後,図1(c)又
は図5(b)を参照して,素子分離帯を形成する。かか
る素子分離帯は,例えば,レジストマスク15でFET
の形成領域を保護し,酸素イオン注入又はトレンチの形
成によりなすことができる。第五,第六の構成に係るト
ンネルダイオードはFETの形成領域内にあるから,本
構成では,FETの形成領域の保護とともにトンネルダ
イオードも同時に保護され,トンネルダイオード保護の
ための特別の工程を必要としない。The seventh structure relates to a method of manufacturing a semiconductor device suitable for manufacturing an FET after manufacturing a tunnel diode in the fifth or sixth manufacturing method. With this configuration,
A tunnel diode is manufactured by the fifth or sixth method, the transistor formation layer 2 is exposed, and then an element isolation band is formed with reference to FIG. 1C or 5B. Such an element isolation band is formed, for example, by using the resist mask 15 as an FET.
Can be formed by implanting oxygen ions or forming trenches. Since the tunnel diodes according to the fifth and sixth configurations are in the FET formation region, this configuration protects the FET formation region as well as the tunnel diode at the same time, requiring a special step for tunnel diode protection. Not.
【0031】次いで,図2(e)又は図6(d)を参照
して,絶縁膜9,レジストを塗布し,そのレジスト及び
絶縁膜9にゲート電極5を画定する開口13を設け,開
口13底面のコンタクト層2eに溝を形成してソースと
ドレインを分割する。その後,リフトオフによりゲート
電極5を形成し,FETを製作する。Next, referring to FIG. 2E or FIG. 6D, an insulating film 9 and a resist are applied, an opening 13 for defining the gate electrode 5 is provided in the resist and the insulating film 9, and the opening 13 is formed. A trench is formed in the bottom contact layer 2e to divide the source and drain. After that, the gate electrode 5 is formed by lift-off, and the FET is manufactured.
【0032】上記のFETの形成方法は通常の化合物半
導体の形成方法と同様であって,本発明の第一〜第四の
構成の半導体装置を,トンネルダイオード形成後は通常
のFETの製造工程と同一工程で形成することができる
から,従来の工程との適応性に優れている。The above-mentioned method of forming a FET is similar to the method of forming a normal compound semiconductor, and the semiconductor device having the first to fourth structures of the present invention is used in a normal FET manufacturing process after forming a tunnel diode. Since it can be formed in the same process, it has excellent adaptability to conventional processes.
【0033】[0033]
【実施例】本発明を実施例を参照して説明する。本発明
の第一実施例は,第一及び第二の構成に係る半導体装置
の製造方法に関し,図4(a)に示す負性抵抗素子を負
荷とするインバータ回路の製造に関する。なお,図4
中,TDはトンネルダイオードを,TRは電界効果トラ
ンジスタを表す。EXAMPLES The present invention will be described with reference to examples. The first embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having the first and second configurations, and relates to manufacturing of an inverter circuit having a negative resistance element as a load shown in FIG. Fig. 4
Inside, TD is a tunnel diode and TR is a field effect transistor.
【0034】図1(a)を参照して,半絶縁性化合物半
導体基板1,例えばGaAs基板上に,例えばMBE法
又はMOCVD法により次の順で化合物半導体からな
る,チャネル層2a,電子供給層2b,コンタクト薄層
2c,ストッパ層2d,コンタクト層2eをエピタキシ
ャル堆積して,トランジスタ形成層2を形成する。Referring to FIG. 1 (a), a semi-insulating compound semiconductor substrate 1, a GaAs substrate, a channel layer 2a, an electron supply layer made of a compound semiconductor in the following order, for example, by the MBE method or the MOCVD method. The transistor forming layer 2 is formed by epitaxially depositing 2b, the contact thin layer 2c, the stopper layer 2d, and the contact layer 2e.
【0035】チャネル層2aは,例えば厚さ200nmの
真性半導体のGaAsからなり,電子供給層から供給さ
れた2次元電子により,ゲート電極下にチャネルを形成
する。The channel layer 2a is made of intrinsic semiconductor GaAs having a thickness of 200 nm, for example, and a channel is formed under the gate electrode by the two-dimensional electrons supplied from the electron supply layer.
【0036】電子供給層2bは,チャネル層2aより電
子親和力の小さな半導体,例えば厚さ30nm,キャリア
濃度2×1018cm-3のn型AlGaAsからなり,チャ
ネル層2aへ電子を供給する。The electron supply layer 2b is made of a semiconductor having an electron affinity lower than that of the channel layer 2a, for example, n-type AlGaAs having a thickness of 30 nm and a carrier concentration of 2 × 10 18 cm -3 , and supplies electrons to the channel layer 2a.
【0037】コンタクト薄層2cは,例えば厚さ8nm,
キャリア濃度2×1018cm-3のn型GaAsからなり,
ソース及びドレイン領域とオーミック接続するために設
けられる。The contact thin layer 2c has a thickness of 8 nm, for example.
It consists of n-type GaAs with a carrier concentration of 2 × 10 18 cm -3 ,
It is provided to make ohmic contact with the source and drain regions.
【0038】ストッパ層2dは,例えば厚さ3nm,キャ
リア濃度2×1018cm-3のn型AlGaAsからなり,
後述するようにゲート電極形成時にエッチストッパとし
て作用する。The stopper layer 2d is made of n-type AlGaAs having a thickness of 3 nm and a carrier concentration of 2 × 10 18 cm -3 , for example,
As described later, it acts as an etch stopper when forming the gate electrode.
【0039】コンタクト層2eは,例えば厚さ80nm,
キャリア濃度2×1018cm-3のn型GaAsからなり,
コンタクト薄層2cを介してソース及びドレインとオー
ミック接続し,さらに,その上面に形成される電極とオ
ーミック接続してソース,ドレイン電流を供給,出力す
る。The contact layer 2e has, for example, a thickness of 80 nm,
It consists of n-type GaAs with a carrier concentration of 2 × 10 18 cm -3 ,
The source and drain are ohmic-connected via the contact thin layer 2c, and further ohmic-connected to the electrode formed on the upper surface thereof to supply and output source and drain currents.
【0040】なお,上記の各層からなるトランジスタ形
成層は,通常のHEMT(高電子易動度トランジスタ)
の形成層と同様のものである。次いで,コンタクト層2
e上に,トランジスタ形成層2の堆積と同様の方法で,
エッチストッパ層7をエピタキシャル堆積し,さらに,
エッチストッパ層7上に第一高濃度層3及び第二高濃度
層4をエピタキシャル堆積する。The transistor forming layer composed of the above layers is a normal HEMT (high electron mobility transistor).
It is the same as the forming layer. Next, contact layer 2
In the same manner as the deposition of the transistor forming layer 2 on e,
The etch stopper layer 7 is epitaxially deposited, and further,
The first high concentration layer 3 and the second high concentration layer 4 are epitaxially deposited on the etch stopper layer 7.
【0041】エッチストッパ層7は,例えば厚さ3nm,
キャリア濃度2×1018cm-3のn型AlGaAsからな
る。第一高濃度層3は,厚さ80nm,キャリア濃度8×
1018cm-3のn型GaAsからなり,第二高濃度層4
は,厚さ80nm,キャリア濃度2×1019cm-3のp型G
aAsからなり,第一高濃度層3及び第二高濃度層4と
で形成されるpn接合がトンネルダイオードを構成す
る。The etch stopper layer 7 has a thickness of 3 nm, for example.
It is made of n-type AlGaAs having a carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3 . The first high concentration layer 3 has a thickness of 80 nm and a carrier concentration of 8 ×
Second high concentration layer 4 consisting of 10 18 cm -3 n-type GaAs
Is a p-type G with a thickness of 80 nm and a carrier concentration of 2 × 10 19 cm -3.
A pn junction made of aAs and formed of the first high concentration layer 3 and the second high concentration layer 4 constitutes a tunnel diode.
【0042】次いで,第二高濃度層4上に,トンネルダ
イオードを画定するレジストマスク14を形成する。次
いで,図1(b)を参照して,レジストマスク14をエ
ッチングマスクとし,かつエッチストッパ層7をエッチ
ストッパとして,第一高濃度層3及び第二高濃度層4を
エッチングし,トンネルダイオードを形成する。Next, a resist mask 14 that defines a tunnel diode is formed on the second high-concentration layer 4. Next, referring to FIG. 1B, the first high concentration layer 3 and the second high concentration layer 4 are etched using the resist mask 14 as an etching mask and the etch stopper layer 7 as an etch stopper to form a tunnel diode. Form.
【0043】かかるエッチングは,フロン系,例えばC
Cl2 F2 ,CHClCCl2 Fを用いる反応性イオン
エッチング,又はHF,H2 O2 及びH2 Oの混液,ク
エン酸とH2 O2 の混液,若しくはアンモニア,H2 O
2 及びH2 Oの混液をエッチャントとする選択エッチン
グにより行うことができる。なお, 実施例のエッチスト
ッパ層7はAlGaAsであるが,これをInGaPと
しても同じエッチャントを利用できる。Such etching is performed by using a fluorocarbon system such as C
Reactive ion etching using Cl 2 F 2 , CHClCCl 2 F, or a mixture of HF, H 2 O 2 and H 2 O, a mixture of citric acid and H 2 O 2 , or ammonia, H 2 O
It can be performed by selective etching using a mixed solution of 2 and H 2 O as an etchant. The etch stopper layer 7 of the embodiment is AlGaAs, but the same etchant can be used with InGaP.
【0044】次いで,トンネルダイオードの外側に表出
しているエッチストッパ層7を,第一高濃度層3及び第
二高濃度層4をマスクとし,コンタクト層2eをエッチ
ストッパとするエッチングにより除去し,図1(c)を
参照して,トンネルダイオード形成領域の外側のコンタ
クト層2e表面を表出する。Then, the etch stopper layer 7 exposed to the outside of the tunnel diode is removed by etching using the first high concentration layer 3 and the second high concentration layer 4 as a mask and the contact layer 2e as an etch stopper. Referring to FIG. 1C, the surface of the contact layer 2e outside the tunnel diode formation region is exposed.
【0045】かかるエッチングは,例えば,AlGaA
sのエッチストッパ層7の除去には,HF,H2 O2 及
びH2 Oの混液,をエッチャントする選択エッチングに
よりなされる。なお,InGaPのエッチストッパ層7
の除去には,塩酸水溶液が用いられる。また,実施例で
は,第一高濃度層3,第二高濃度層4及びコンタクト層
2eはGaAsであるが,コンタクト層2eを導電性の
よいInGaAsとしても同様である。Such etching is performed by using, for example, AlGaA.
The etching stopper layer 7 of s is removed by selective etching using an etchant of a mixed liquid of HF, H 2 O 2 and H 2 O. The InGaP etch stopper layer 7
An aqueous solution of hydrochloric acid is used to remove. Further, in the embodiment, the first high-concentration layer 3, the second high-concentration layer 4 and the contact layer 2e are made of GaAs, but the contact layer 2e may be made of InGaAs having good conductivity.
【0046】次いで,レジストマスク14を剥離する。
次いで,図1(c)を参照して,トランジスタ形成領域
を画定するレジストマスク15を形成し,酸素イオンを
注入して,絶縁性の素子分離帯8を形成する。このと
き,ドレイン形成領域上に形成されているトンネルダイ
オードは,レサジストマスク15に覆われ保護される。Then, the resist mask 14 is peeled off.
Next, referring to FIG. 1C, a resist mask 15 that defines a transistor formation region is formed, and oxygen ions are implanted to form an insulating element isolation band 8. At this time, the tunnel diode formed on the drain formation region is covered with and protected by the resist mask 15.
【0047】次いで,レジストマスク15を剥離する。
次いで,図2(d)を参照して,基板1上全面に,例え
ば厚さ300nmのシリコンオキシナイトライド(SiO
N)を例えばプラズマCVD法を用いて堆積し,絶縁膜
9とする。Next, the resist mask 15 is peeled off.
Then, referring to FIG. 2D, for example, a silicon oxynitride (SiO 2) having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface of the substrate 1.
N) is deposited using, for example, the plasma CVD method to form the insulating film 9.
【0048】次いで,第一高濃度層4の上面の絶縁膜9
にコンタクトホールを開設し,第一高濃度層4とオーミ
ックコンタクトする配線10を形成する。かかるコンタ
クトホールの形成は,フォトレジストを用いる通常のエ
ッチング,例えば弗酸系のエッチャントを用いるエッチ
ング,又はCF4 若しくはCHF3 を用いる反応性イオ
ンエッチングによりなされる。また,p型GaAsとオ
ーミック接続する配線10は,例えばスパッタによりW
Si薄膜上にW膜を堆積したのち,例えばSF 6 ガスを
用いた反応性イオンエッチングによりパターニングして
形成できる。Next, the insulating film 9 on the upper surface of the first high concentration layer 4
A contact hole was opened in the first high concentration layer 4 and ohmic contact.
A wiring 10 that makes a contact is formed. Such contour
The formation of ecto-holes is usually done using photoresist.
Etching, eg etching using a hydrofluoric acid-based etchant
Or CFFourOr CHF3Reactive Io using
It is done by etching. In addition, p-type GaAs and
The wiring 10 for the ohmic connection is W by, for example, sputtering.
After depositing the W film on the Si thin film, for example, SF 6Gas
Patterned by the reactive ion etching used
Can be formed.
【0049】次いで, 図2(e)を参照して,基板1全
面にレジストマスク16を塗布し,フォトリソグラフィ
によりゲート電極5を画定する開口13を開設する。次
いで,レジストマスク16をエッチングマスクとする反
応性イオンエッチングにより,開口13の底面に表出す
る絶縁膜9を除去し,開口13の底にコンタクト層2e
を表出する。Next , referring to FIG. 2E, a resist mask 16 is applied to the entire surface of the substrate 1 and an opening 13 for defining the gate electrode 5 is opened by photolithography. Then, the insulating film 9 exposed on the bottom surface of the opening 13 is removed by reactive ion etching using the resist mask 16 as an etching mask, and the contact layer 2e is formed on the bottom of the opening 13.
Express.
【0050】次いで,クエン酸と過酸化水素水の混液,
又はアンモニアと過酸化水素水の混液をエッチャントと
し,ストッパ層2dをエッチストッパとして,開口13
の底に表出するコンタクト層2eをエッチングして除去
する。なお,CCl2 F2 とHeの混合ガスを用いたイ
オンエッチングによることもできる。Then, a mixed solution of citric acid and hydrogen peroxide water,
Alternatively, a mixture of ammonia and hydrogen peroxide is used as an etchant, the stopper layer 2d is used as an etch stopper, and the opening 13 is formed.
The contact layer 2e exposed at the bottom of is removed by etching. Alternatively, ion etching using a mixed gas of CCl 2 F 2 and He can be used.
【0051】その後,開口13の底に表出したストッパ
層2dをアンモニア水溶液,あるいは希釈弗酸で除去す
る。さらに,開口13の底に表出したコンタクト薄層2
cを,CCl2 F2 を用いた異方性エッチングにより除
去する。Then, the stopper layer 2d exposed at the bottom of the opening 13 is removed with an aqueous ammonia solution or diluted hydrofluoric acid. Further, the contact thin layer 2 exposed at the bottom of the opening 13
c is removed by anisotropic etching using CCl 2 F 2 .
【0052】上記の工程の結果,図2(e)を参照し
て,レジストマスク16に開設された開口13底面に表
出するトランジスタ形成層2表面に溝が形成される。コ
ンタクト層2e,ストッパ層2d及びコンタクト薄層2
cは,図3を参照して,この溝で2分され,それぞれそ
の下にソース領域31及びドレイン領域32を形成す
る。As a result of the above steps, referring to FIG. 2E, a groove is formed on the surface of the transistor forming layer 2 exposed on the bottom surface of the opening 13 formed in the resist mask 16. Contact layer 2e, stopper layer 2d, and contact thin layer 2
Referring to FIG. 3, c is divided into two parts by this groove, and a source region 31 and a drain region 32 are formed under each of them.
【0053】次いで,図2(f)を参照して例えば厚さ
350nmのAl層を堆積し,レジストマスク16ととも
にリフトオフすることで,溝の中にゲート電極5を形成
する。その後,レジストマスク16を除去する。Next, referring to FIG. 2F, an Al layer having a thickness of 350 nm, for example, is deposited and lifted off together with the resist mask 16 to form the gate electrode 5 in the groove. After that, the resist mask 16 is removed.
【0054】次いで,ソース領域31及びドレイン領域
32に,それぞれオーミック接続するソース配線11,
ドレイン配線12(図3参照)を,リフトオフにより形
成し,FETを製作する。なお,n型領域にオーミック
接続するソース配線11,ドレイン配線12は,例えば
厚さ30nmのAuGe上に厚さ270nmのAuを積層し
た配線により構成される。Next, the source wiring 11 and ohmic connection to the source region 31 and the drain region 32,
The drain wiring 12 (see FIG. 3) is formed by lift-off, and the FET is manufactured. The source wiring 11 and the drain wiring 12, which are ohmic-connected to the n-type region, are configured by wiring in which Au of 270 nm thick is stacked on AuGe of 30 nm thick, for example.
【0055】かかる工程で製造されたトンネルダイオー
ドは,図3を参照して,FETのドレイン領域上に形成
されるから,素子形成領域が不要であり小型にできる。
さらに,図4(a)に示すトンネルダイオードを負荷と
するインバータ回路に用いるとき,両素子間の配線が不
要であり,素子構造を単純にできるから製造が容易にな
る。Since the tunnel diode manufactured in this step is formed on the drain region of the FET with reference to FIG. 3, it does not require an element formation region and can be made compact.
Furthermore, when the tunnel diode shown in FIG. 4A is used in an inverter circuit having a load, wiring between both elements is not required and the element structure can be simplified, which facilitates manufacturing.
【0056】なお,本発明は,インバータ回路のみなら
ず,図4(b)を参照して,メモリセルにも適用でき
る。即ち,2個の直列接続したトンネルダイオードT
D,TD2により構成される双安定回路を,ゲート配線
14及びソース配線11をそれぞれX,Y配線とする電
界効果トランジスタTRにより駆動する。さらに,本発
明は,FETとトンネルダイオードとを組み合わせたそ
の他の回路にも適用される。The present invention can be applied not only to the inverter circuit but also to the memory cell with reference to FIG. That is, two serially connected tunnel diodes T
The bistable circuit constituted by D and TD2 is driven by the field effect transistor TR having the gate wiring 14 and the source wiring 11 as X and Y wirings, respectively. Furthermore, the present invention can be applied to other circuits that combine an FET and a tunnel diode.
【0057】本発明の第二実施例は,本発明の第三又は
第四の構成に係る半導体装置の製造方法に関する。な
お,本実施例の回路は第一実施例と同じ図4(a)の回
路である。The second embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device according to the third or fourth structure of the present invention. The circuit of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 4 (a).
【0058】先ず,GaAs基板1上に,例えばMBE
法,MOCVD法により,チャネル層2a,電子供給層
2b,コンタクト薄層2c,ストッパ層2d,コンタク
ト層2eをエピタキシャル堆積して,トランジスタ形成
層2を形成する。First, for example, MBE is formed on the GaAs substrate 1.
Method, the MOCVD method is used to epitaxially deposit the channel layer 2a, the electron supply layer 2b, the contact thin layer 2c, the stopper layer 2d, and the contact layer 2e to form the transistor formation layer 2.
【0059】コンタクト層は,例えば厚さ80nm,キャ
リア濃度8×1018cm-3のn型GaAsからなる。その
他の層は,全て第一実施例と同様である。次いで,例え
ば厚さ3nm,キャリア濃度2×1018cm-3のn型AlG
aAsからなるエッチストッパ層7をエピタキシャル堆
積する。The contact layer is made of n-type GaAs having a thickness of 80 nm and a carrier concentration of 8 × 10 18 cm -3 , for example. All other layers are the same as in the first embodiment. Then, for example, n-type AlG having a thickness of 3 nm and a carrier concentration of 2 × 10 18 cm -3
The etch stopper layer 7 made of aAs is epitaxially deposited.
【0060】次いで,厚さ80nm,キャリア濃度2×1
019cm-3のp型GaAsからなる第二高濃度層4をエピ
タキシャル堆積する。次いで,第一実施例と同様の方法
で第二高濃度層4をパターニングし,さらにトンネルダ
イオードの形成領域外に表出するエッチストッパ層7を
除去する。Next, the thickness is 80 nm and the carrier concentration is 2 × 1.
A second high-concentration layer 4 of 0 19 cm −3 of p-type GaAs is epitaxially deposited. Then, the second high-concentration layer 4 is patterned by the same method as in the first embodiment, and the etch stopper layer 7 exposed outside the tunnel diode formation region is removed.
【0061】トンネルダイオードは,このパターニング
された第二高濃度層4とコンタクト層2eとがエッチス
トッパ層7を挟んで形成するpn接合により構成され
る。次いで,図5(b)を参照して,トランジスタ形成
領域を画定するレジストマスク15を用いて,酸素イオ
ンを注入し,素子分離帯8を形成する。The tunnel diode is composed of a pn junction formed by the patterned second high-concentration layer 4 and the contact layer 2 e sandwiching the etch stopper layer 7. Next, referring to FIG. 5B, oxygen ions are implanted using the resist mask 15 that defines the transistor formation region, and the element isolation band 8 is formed.
【0062】次いで,図5(c)を参照して,シリコン
オキシナイトライドの絶縁膜9を堆積し,第二高濃度層
4と接続するコンタクトホールを開設し,その上に第二
高濃度層4とオーミック接続する配線10を形成する。Next, referring to FIG. 5C, a silicon oxynitride insulating film 9 is deposited, a contact hole is formed to connect to the second high-concentration layer 4, and a second high-concentration layer is formed thereon. The wiring 10 which makes ohmic contact with the wiring 4 is formed.
【0063】次いで,図6(d)を参照して,第一実施
例と同様に,レジストマスク16にゲート電極5を画定
する開口13,及び開口13の底のトランジスタ形成層
2表面に溝を形成する。Next, referring to FIG. 6D, similarly to the first embodiment, a groove is formed in the resist mask 16 on the surface of the transistor forming layer 2 at the bottom of the opening 13 for defining the gate electrode 5. Form.
【0064】次いで,図6(e)を参照して,リフトオ
フによりゲート電極5を形成し,さらにソース配線11
及び図示されていないドレイン配線をリフトオフにより
形成する。Next, referring to FIG. 6E, the gate electrode 5 is formed by lift-off, and the source wiring 11 is formed.
A drain wiring (not shown) is formed by lift-off.
【0065】本実施例にかかるトンネルダイオードは,
pn接合に禁制幅の広い層を含むので,動作振幅が大き
い。また,トンネルダイオードを形成する半導体層が,
第一実施例より一層すくないので,堆積工程,及びエッ
チング工程とも簡単である。The tunnel diode according to this embodiment is
Since the pn junction includes a layer having a large forbidden width, the operation amplitude is large. In addition, the semiconductor layer forming the tunnel diode is
Since it is thinner than the first embodiment, both the deposition process and the etching process are simple.
【0066】[0066]
【発明の効果】上述したように,本発明によれば,FE
T上に結晶性の優れた半導体層からなるトンネルダイオ
ードを,FETの形成層を損傷することなく形成するこ
とができるから,小面積で,電気的特性の優れたトンネ
ルダイオードとFETとを集積した半導体装置,及びそ
の簡単な製造方法を提供することができるので,半導体
装置の性能向上に寄与するところが大きい。As described above, according to the present invention, the FE
Since a tunnel diode composed of a semiconductor layer having excellent crystallinity can be formed on T without damaging the FET formation layer, the tunnel diode and the FET having a small area and excellent electrical characteristics are integrated. Since the semiconductor device and the simple manufacturing method thereof can be provided, it greatly contributes to the performance improvement of the semiconductor device.
【図1】 本発明の第一実施例断面工程図(その1)FIG. 1 is a sectional process diagram of the first embodiment of the present invention (No. 1)
【図2】 本発明の第一実施例断面工程図(その2)FIG. 2 is a sectional process drawing of the first embodiment of the present invention (No. 2)
【図3】 本発明の第一実施例平面図FIG. 3 is a plan view of the first embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の実施例回路図FIG. 4 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.
【図5】 本発明の第二実施例断面工程図(その1)FIG. 5 is a sectional process drawing of the second embodiment of the present invention (No. 1)
【図6】 本発明の第二実施例断面工程図(その2)FIG. 6 is a sectional process diagram of the second embodiment of the present invention (No. 2)
【図7】 従来の実施例断面図FIG. 7 is a sectional view of a conventional example.
1 基板 2 トランジスタ形成層 2a チャネル層 2b 電子供給層 2c コンタクト薄膜 2d ストッパ層 2e コンタクト層 3 第一高濃度層 4 第二高濃度層 5 ゲート電極 6 埋込層 7 エッチストッパ層 8 素子分離帯 9 絶縁膜 10 配線 11 ソース配線 12 ドレイン配線 13 開口 14,15,16 レジストマスク 31 ソース領域 32 ドレイン領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 substrate 2 transistor formation layer 2a channel layer 2b electron supply layer 2c contact thin film 2d stopper layer 2e contact layer 3 first high concentration layer 4 second high concentration layer 5 gate electrode 6 burying layer 7 etch stopper layer 8 element isolation band 9 Insulating film 10 Wiring 11 Source wiring 12 Drain wiring 13 Openings 14, 15, 16 Resist mask 31 Source region 32 Drain region
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/88 F ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 29/88 F
Claims (7)
(32)上に第一の導電型のコンタクト層(2e)が設
けられた化合物半導体電界効果トランジスタと,該コン
タクト層(2e)へ電気的に接続するトンネルダイオー
ドとを同一基板(1)上に集積した半導体装置におい
て,該トンネルダイオードは,該ソース領域(31)又
は該ドレイン領域(32)内直上の該コンタクト層(2
e)上に設けられ,かつ,第一の導電型の半導体からな
る第一高濃度層(3)を下層とし第一の導電型と反対の
第二の導電型の半導体からなる第二高濃度層(4)を上
層とするpn接合を有して構成され,該コンタクト層
(2e)と第一高濃度層(3)との間に,第一の導電型
の化合物半導体からなるエッチストッパ層(7)が設け
られ,該エッチストッパ層(7),該第一高濃度層
(3)及び該第二高濃度層(4)は,該コンタクト層
(2e)上に堆積されたエピタキシャル層であることを
特徴とする半導体装置。1. A compound semiconductor field effect transistor in which a contact layer (2e) of a first conductivity type is provided on a source region (31) or a drain region (32), and the contact layer (2e) is electrically connected to the compound semiconductor field effect transistor. In a semiconductor device in which a tunnel diode to be connected is integrated on the same substrate (1), the tunnel diode has the contact layer (2) immediately above the source region (31) or the drain region (32).
e) a second high-concentration layer formed of a semiconductor of a second conductivity type opposite to the first conductivity type with a first high-concentration layer (3) of a semiconductor of the first conductivity type provided as a lower layer An etch stopper layer having a pn junction with the layer (4) as an upper layer and made of a first conductivity type compound semiconductor between the contact layer (2e) and the first high-concentration layer (3). (7) is provided, and the etch stopper layer (7), the first high-concentration layer (3) and the second high-concentration layer (4) are epitaxial layers deposited on the contact layer (2e). There is a semiconductor device.
エッチストッパ層(7)は,該第一高濃度層(3)及び
該第二高濃度層(4)よりも広い禁制帯幅を有し,かつ
Alを含む化合物半導体からなることを特徴とする半導
体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the etch stopper layer (7) has a wider band gap than the first high concentration layer (3) and the second high concentration layer (4). And a semiconductor device comprising a compound semiconductor containing Al.
(32)上に第一の導電型のコンタクト層(2e)が設
けられた化合物半導体電界効果トランジスタと,該コン
タクト層(2e)へ電気的に接続するトンネルダイオー
ドとを同一基板(1)上に集積した半導体装置におい
て,該ソース領域(31)又は該ドレイン領域(32)
内直上の該コンタクト層(2e)上に設けられ,第一の
導電型と反対の第二の導電型の半導体からなる第二高濃
度層(4)と,該コンタクト層(2e)と該第二高濃度
層(4)との間に設けられ,第一導電型の化合物半導体
からなるエッチストッパ層(7)とを有し,該エッチス
トッパ層(7)及び該第二高濃度層(4)は,該コンタ
クト層(2e)上に堆積されたエピタキシャル層である
ことを特徴とする半導体装置。3. A compound semiconductor field effect transistor in which a contact layer (2e) of the first conductivity type is provided on a source region (31) or a drain region (32), and electrically to the contact layer (2e). In a semiconductor device in which a tunnel diode to be connected is integrated on the same substrate (1), the source region (31) or the drain region (32)
A second high-concentration layer (4) which is provided on the contact layer (2e) directly above the inside and is made of a semiconductor of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, the contact layer (2e) and the second And an etch stopper layer (7) made of a compound semiconductor of the first conductivity type, the etch stopper layer (7) and the second high concentration layer (4). ) Is a semiconductor device characterized in that it is an epitaxial layer deposited on the contact layer (2e).
エッチストッパ層(7)は,該コンタクト層(2e)及
び該第二高濃度層(4)よりも広い禁制帯幅を有し,か
つAlを含む化合物半導体からなることを特徴とする半
導体装置。4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the etch stopper layer (7) has a wider band gap than the contact layer (2e) and the second high-concentration layer (4), and A semiconductor device comprising a compound semiconductor containing Al.
の製造方法において,該基板(1)上に,該コンタクト
層(2e)を最上層とする化合物半導体からなるトラン
ジスタ形成層(2)を堆積する工程と,該コンタクト層
(2e)上に,該エッチストッパ層(7),該第一高濃
度層(3),及び該第二高濃度層(4)とをこの順序で
堆積する工程と,該エッチストッパ層(7)をストッパ
とする選択的エッチングにより,該ソース領域(31)
又は該ドレイン領域(32)が形成されるべき領域上に
該トンネルダイオードを構成する該第一高濃度層(3)
及び該第二高濃度層(4)を残して,その他の該第一高
濃度層(3)及び該第二高濃度層(4)を除去する工程
と,次いで,該第一高濃度層(3)の外側に表出する該
エッチストッパ層(7)を,該第一高濃度層(3)及び
該第二高濃度層(4)をマスクとして除去するエッチン
グ工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a transistor forming layer (2) made of a compound semiconductor having the contact layer (2e) as an uppermost layer is formed on the substrate (1). And a step of depositing the etch stopper layer (7), the first high-concentration layer (3), and the second high-concentration layer (4) on the contact layer (2e) in this order. The source region (31) is formed by a process and selective etching using the etch stopper layer (7) as a stopper.
Alternatively, the first high-concentration layer (3) forming the tunnel diode on the region where the drain region (32) is to be formed.
And a step of removing the other first high-concentration layer (3) and the second high-concentration layer (4) while leaving the second high-concentration layer (4), and then the first high-concentration layer ( And an etching step of removing the etch stopper layer (7) exposed to the outside of 3) using the first high concentration layer (3) and the second high concentration layer (4) as a mask. Of manufacturing a semiconductor device.
の製造方法において,該基板(1)上に,該コンタクト
層(2e)を最上層とする化合物半導体からなるトラン
ジスタ形成層(2)を堆積する工程と,該コンタクト層
(2e)上に,該エッチストッパ層(7),及び該第二
高濃度層(4)とをこの順序で堆積する工程と,該エッ
チストッパ層(7)をストッパとする選択的エッチング
により,該ソース領域(31)又は該ドレイン領域(3
2)が形成されるべき領域上に該トンネルダイオードを
構成する該第二高濃度層(4)を残して,その他の該第
二高濃度層(4)を除去し,該コンタクト層(2e),
該エッチストッパ層(7)及び該第二高濃度層(4)か
ら構成される該トンネルダイオードを形成する工程と,
次いで,該第二高濃度層(4)の外側に表出する該エッ
チストッパ層(7)を,該第二高濃度層(4)をマスク
として除去するエッチング工程とを有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein a transistor forming layer (2) made of a compound semiconductor having the contact layer (2e) as an uppermost layer is formed on the substrate (1). And a step of depositing the etch stopper layer (7) and the second high-concentration layer (4) on the contact layer (2e) in this order, and the etch stopper layer (7). The source region (31) or the drain region (3
The second high-concentration layer (4) forming the tunnel diode is left on the region where the second high-concentration layer (4) is to be formed, and the other second high-concentration layer (4) is removed, and the contact layer (2e) is removed. ,
Forming the tunnel diode composed of the etch stopper layer (7) and the second high-concentration layer (4);
Next, an etching step of removing the etch stopper layer (7) exposed to the outside of the second high-concentration layer (4) using the second high-concentration layer (4) as a mask. Manufacturing method of semiconductor device.
の製造方法において,該エッチストッパ層(7)を除去
する該エッチング工程の後,該電界効果トランジスタの
形成領域を画定する素子分離帯(8)を形成する工程
と,次いで,該電界効果トランジスタのゲート電極
(5)を画定する開口(13)を有するレジストマスク
(16)を用いて,該トランジスタ形成領域表面に該コ
ンタクト層(2e)を該ソース領域(31)及び該ドレ
イン領域(32)とに分割する溝を形成する工程と,次
いで,リフトオフにより該溝上にゲート電極(5)を形
成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製
造方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein after the etching step of removing the etch stopper layer (7), an element isolation band defining a formation region of the field effect transistor. Using the step of forming (8) and then a resist mask (16) having an opening (13) defining the gate electrode (5) of the field effect transistor, the contact layer (2e) is formed on the surface of the transistor formation region. 2) is divided into the source region (31) and the drain region (32), and then a gate electrode (5) is formed on the groove by lift-off. Manufacturing method of semiconductor device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4623994A JPH07263643A (en) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4623994A JPH07263643A (en) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263643A true JPH07263643A (en) | 1995-10-13 |
Family
ID=12741588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4623994A Withdrawn JPH07263643A (en) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07263643A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6525346B2 (en) | 1999-12-14 | 2003-02-25 | Nec Corporation | Semiconductor device and its manufacturing method capable of reducing low frequency noise |
| JP2009032389A (en) * | 2007-07-30 | 2009-02-12 | Samsung Electronics Co Ltd | Method for improving sensing sensitivity of electric field sensor, storage device employing electric field sensor, and information reproducing method thereof |
-
1994
- 1994-03-17 JP JP4623994A patent/JPH07263643A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6525346B2 (en) | 1999-12-14 | 2003-02-25 | Nec Corporation | Semiconductor device and its manufacturing method capable of reducing low frequency noise |
| JP2009032389A (en) * | 2007-07-30 | 2009-02-12 | Samsung Electronics Co Ltd | Method for improving sensing sensitivity of electric field sensor, storage device employing electric field sensor, and information reproducing method thereof |
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|---|---|---|---|
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