JP2005197495A - Electrostatic protection element and its fabrication process, and semiconductor device and its fabrication process - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic protection element exhibiting excellent electrostatic breakdown voltage in which rising voltage is designed freely while reducing the size, and also to provide a semiconductor device in which the electrostatic protection element and an active element, e.g. an HEMT, are provided on the same substrate. <P>SOLUTION: A first active layer containing first conductivity type impurities is formed on a semiconductor substrate, a first electrode is provided on the first active layer, a second active layer containing second conductivity type impurities is formed on a partial region of the first active layer, a third active layer containing first conductivity type impurities is formed on the second active layer, and a second electrode is formed on the third active layer. An electrostatic protection element of such an arrangement and a high electron mobility transistor are provided on the same substrate on which the active layer is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、静電保護素子及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an electrostatic protection element and a manufacturing method thereof, and a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

従来、半導体装置の入力端子に静電気によるサージ電流が流れた場合に半導体装置が破壊されるのを防止するため、半導体装置内に静電保護素子を設けていた。また、かかる静電保護素子を備える半導体装置を製造する場合、静電保護素子と、ロジック回路等を含む内部回路に設ける電界効果トランジスタなどの能動素子とを同時に形成する方法が知られている。   Conventionally, an electrostatic protection element has been provided in a semiconductor device in order to prevent the semiconductor device from being destroyed when a surge current due to static electricity flows through the input terminal of the semiconductor device. Further, when manufacturing a semiconductor device including such an electrostatic protection element, a method of simultaneously forming an electrostatic protection element and an active element such as a field effect transistor provided in an internal circuit including a logic circuit or the like is known.

前記能動素子の一例として、高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)が知られている。化合物半導体を用いた電界効果トランジスタのうち、特にエピタキシャル基板を用いた前記高電子移動度トランジスタ(以下「HEMT」という)は、電子移動度が高く、高周波特性に優れているため、携帯電話のRF回路等のような高周波領域の分野で広く用いられている。   As an example of the active element, a high electron mobility transistor (HEMT) is known. Among field effect transistors using compound semiconductors, the high electron mobility transistor using an epitaxial substrate (hereinafter referred to as “HEMT”) has high electron mobility and excellent high frequency characteristics. Widely used in the field of high frequency regions such as circuits.

しかし、前記HEMTは、その構造上、静電破壊に対する強度が低く、特に、前述したように携帯電話のRF送受信回路に使われているパワーアンプの中にあるバイアス調整用回路やアンテナスイッチのロジック回路に内蔵されたゲート幅の小さい、例えば10〜20μmのHEMTは、非常に低い静電耐圧しかなく、静電破壊が起こりやすいので、静電保護素子を設けることは必須であり、そのような構成の半導体装置が提案されている(例えば特許文献1を参照。)。   However, the HEMT has a low strength against electrostatic breakdown due to its structure. In particular, as described above, the bias adjustment circuit and the antenna switch logic in the power amplifier used in the RF transmission / reception circuit of the cellular phone are used. A HEMT having a small gate width, for example, 10 to 20 μm, incorporated in a circuit has only a very low electrostatic withstand voltage and is prone to electrostatic breakdown. Therefore, it is essential to provide an electrostatic protection element. A semiconductor device having a configuration has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

ここで、従来の静電保護素子とHEMTとを備える半導体装置を一例を図9及び図10に示す。図9はこの半導体装置の断面視による説明図、図10は静電保護素子部分を示す平面視による説明図である。   Here, an example of a semiconductor device including a conventional electrostatic protection element and a HEMT is shown in FIGS. FIG. 9 is an explanatory view of the semiconductor device in a sectional view, and FIG.

図9において、100はGaAsの半絶縁性基板であり、その上にGaAsバッファー層110、InGaAsチャネル層120、AlGaAsスペーサー層130、AlGaAsドーピング層140、AlGaAs障壁層150、GaAsキャップ層160が、順次、エピタキシャル成長されている。170は前記GaAsキャップ層160の上に形成された、例えば窒化シリコン(SiN)からなる絶縁膜である。180は素子分離領域であり、エッチングすることによって素子間分離を行っている。191はHEMTのゲート電極、192及び193は静電保護素子の2つの電極であり、それぞれショットキー電極となっている。また、194、195はHEMTのソースとドレインとなるオーミック電極である。   In FIG. 9, reference numeral 100 denotes a GaAs semi-insulating substrate, on which a GaAs buffer layer 110, an InGaAs channel layer 120, an AlGaAs spacer layer 130, an AlGaAs doping layer 140, an AlGaAs barrier layer 150, and a GaAs cap layer 160 are sequentially formed. It is epitaxially grown. Reference numeral 170 denotes an insulating film made of, for example, silicon nitride (SiN) formed on the GaAs cap layer 160. Reference numeral 180 denotes an element isolation region, which performs element isolation by etching. Reference numeral 191 denotes a HEMT gate electrode, and reference numerals 192 and 193 denote two electrodes of the electrostatic protection element, each of which is a Schottky electrode. Reference numerals 194 and 195 denote ohmic electrodes serving as the source and drain of the HEMT.

このように、HEMTを用いたICにおける静電保護素子は、能動層となる前記GaAsキャップ層160と、これに接合された2つのショットキー電極192,193によって形成されることになる。
特開2002−9253号公報
As described above, the electrostatic protection element in the IC using the HEMT is formed by the GaAs cap layer 160 serving as an active layer and the two Schottky electrodes 192 and 193 bonded thereto.
JP 2002-9253 A

ところが、静電保護素子の能動層となる前記GaAsキャップ層160は、元来前記HEMTのソース電極及びドレイン電極のコンタクト抵抗を低減させるためのエピタキシャル層であり、一般的にその膜厚は50nm程度でしかない。   However, the GaAs cap layer 160 serving as an active layer of the electrostatic protection element is originally an epitaxial layer for reducing the contact resistance of the source electrode and the drain electrode of the HEMT, and generally has a thickness of about 50 nm. Only it is.

そのため、このGaAsキャップ層160を能動層として設けられる静電保護素子は、サージによる大電流を流せるように、図10に示すようにデバイス幅Dを大きくとらなければならなかった。   For this reason, the electrostatic protection element provided with the GaAs cap layer 160 as an active layer has to have a large device width D as shown in FIG. 10 so that a large current caused by a surge can flow.

このように、十分な静電耐圧が得られるようにデバイス幅Dを広げざるをえない静電保護素子は、半導体装置上に占める面積が大きくなってしまうので、時代の要求である半導体装置のさらなる小型化を阻む要因となっている。   As described above, since the electrostatic protection element that has to widen the device width D so as to obtain a sufficient electrostatic withstand voltage has a large area on the semiconductor device, This is a factor that prevents further miniaturization.

本発明は、上記課題を解決することのできる静電保護素子及びその製造方法、並びに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。   An object of the present invention is to provide an electrostatic protection element and a manufacturing method thereof, a semiconductor device and a manufacturing method thereof that can solve the above-described problems.

請求項1記載の本発明では、半導体基板上に、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層を形成し、この第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成した静電保護素子とした。   According to the first aspect of the present invention, a first active layer containing a first conductivity type impurity is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode is provided on the first active layer. Forming a second active layer containing a second conductivity type impurity on a partial region of the active layer, and a third active layer containing the first conductivity type impurity on the second active layer; An electrostatic protection element in which a layer was formed and a second electrode was formed on the third active layer was obtained.

請求項2記載の本発明では、高電子移動度トランジスタと静電素子とを、能動層を形成した同一の基板上に設けた半導体装置であって、前記静電保護素子は、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成した。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which a high electron mobility transistor and an electrostatic element are provided on the same substrate on which an active layer is formed. The first electrode is provided in the first active layer containing the type impurity, and the second active layer containing the second conductivity type impurity is formed on a partial region of the first active layer. A third active layer containing a first conductivity type impurity was formed on the second active layer, and a second electrode was formed on the third active layer.

請求項3記載の本発明では、半導体基板上に、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層を形成し、この第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成する静電保護素子の製造方法とした。   According to a third aspect of the present invention, a first active layer containing a first conductivity type impurity is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode is provided on the first active layer, while the first electrode Forming a second active layer containing a second conductivity type impurity on a partial region of the active layer, and a third active layer containing the first conductivity type impurity on the second active layer; A method for manufacturing an electrostatic protection element is provided in which a layer is formed and a second electrode is formed on the third active layer.

請求項4記載の本発明では、高電子移動度トランジスタと静電素子とを、能動層を形成した同一の基板上に設けた半導体装置の製造方法であって、前記静電保護素子は、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成することとした。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method in which a high electron mobility transistor and an electrostatic element are provided on the same substrate on which an active layer is formed. A first electrode is provided on a first active layer containing one conductivity type impurity, and a second active layer containing a second conductivity type impurity is provided on a partial region of the first active layer. In addition, a third active layer containing a first conductivity type impurity is formed on the second active layer, and a second electrode is formed on the third active layer.

(1)請求項1記載の本発明では、半導体基板上に、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層を形成し、この第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成した。したがって、積層した第1〜第3の能動層により、pn接合のダイオードが縦に2個並んだものと等価な構造の静電保護素子となすことができ、サージなどによる電流を縦方向に流せることから、一つの能動層に2つの電極をショットキー接合した従来の静電素子よりもデバイス幅を小さくでき、静電保護素子を小型化することができる。   (1) In the first aspect of the present invention, a first active layer containing a first conductivity type impurity is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode is provided on the first active layer, A second active layer containing a second conductivity type impurity is formed on a partial region of the first active layer, and a second conductivity layer containing the first conductivity type impurity is formed on the second active layer. 3 active layers were formed, and a second electrode was formed on the third active layer. Therefore, the stacked first to third active layers can provide an electrostatic protection element having a structure equivalent to a structure in which two pn-junction diodes are arranged vertically, and a current caused by a surge or the like can flow in the vertical direction. Therefore, the device width can be made smaller than the conventional electrostatic element in which two electrodes are Schottky-bonded to one active layer, and the electrostatic protection element can be miniaturized.

(2)請求項2記載の本発明では、高電子移動度トランジスタと静電素子とを、能動層を形成した同一の基板上に設けた半導体装置であって、前記静電保護素子は、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成した。したがって、積層した第1〜第3の能動層により、pn接合のダイオードが縦に2個並んだものと等価な構造の静電保護素子を備える半導体装置となすことができ、前記静電保護素子では、サージなどによる電流を縦方向に流せることから、一つの能動層に2つの電極をショットキー接合した従来の静電素子よりもデバイス幅を小さくでき、半導体装置の小型化に寄与することができる。   (2) A second aspect of the present invention provides a semiconductor device in which a high electron mobility transistor and an electrostatic element are provided on the same substrate on which an active layer is formed. A first electrode is provided on a first active layer containing one conductivity type impurity, and a second active layer containing a second conductivity type impurity is provided on a partial region of the first active layer. At the same time, a third active layer containing a first conductivity type impurity was formed on the second active layer, and a second electrode was formed on the third active layer. Therefore, the stacked first to third active layers can provide a semiconductor device including an electrostatic protection element having a structure equivalent to a structure in which two pn-junction diodes are vertically arranged. In this case, current due to surge or the like can flow in the vertical direction, so that the device width can be made smaller than a conventional electrostatic element in which two electrodes are Schottky bonded to one active layer, which contributes to miniaturization of a semiconductor device. it can.

(3)請求項3記載の本発明では、半導体基板上に、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層を形成し、この第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成するようにした。したがって、積層した第1〜第3の能動層により、pn接合のダイオードが縦に2個並んだものと等価な構造の静電保護素子となすことができ、サージなどによる電流を縦方向に流せることから、一つの能動層に2つの電極をショットキー接合した従来の静電素子よりもデバイス幅の小さい小型の静電保護素子を提供することができる。   (3) In the present invention according to claim 3, a first active layer containing a first conductivity type impurity is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode is provided on the first active layer, A second active layer containing a second conductivity type impurity is formed on a partial region of the first active layer, and a second conductivity layer containing the first conductivity type impurity is formed on the second active layer. 3 active layers were formed, and a second electrode was formed on the third active layer. Therefore, the stacked first to third active layers can provide an electrostatic protection element having a structure equivalent to a structure in which two pn-junction diodes are arranged vertically, and a current caused by a surge or the like can flow in the vertical direction. Therefore, it is possible to provide a small electrostatic protection element having a device width smaller than that of a conventional electrostatic element in which two electrodes are Schottky bonded to one active layer.

(4)請求項4記載の本発明では、高電子移動度トランジスタと静電素子とを、能動層を形成した同一の基板上に設けた半導体装置の製造方法であって、前記静電保護素子は、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成するようにした。したがって、積層した第1〜第3の能動層により、pn接合のダイオードが縦に2個並んだものと等価な構造の静電保護素子を備える半導体装置となすことができ、前記静電保護素子では、サージなどによる電流を縦方向に流せることから、一つの能動層に2つの電極をショットキー接合した従来の静電素子よりもデバイス幅を小さくした小型の半導体装置を提供することが可能となる。   (4) The present invention according to claim 4 is a method of manufacturing a semiconductor device in which a high electron mobility transistor and an electrostatic element are provided on the same substrate on which an active layer is formed, wherein the electrostatic protection element Provides a first electrode on a first active layer containing a first conductivity type impurity, while a second electrode containing a second conductivity type impurity on a partial region of the first active layer. An active layer is formed, and a third active layer containing a first conductivity type impurity is formed on the second active layer, and a second electrode is formed on the third active layer. . Therefore, the stacked first to third active layers can provide a semiconductor device including an electrostatic protection element having a structure equivalent to a structure in which two pn-junction diodes are vertically arranged. Then, since a current caused by a surge or the like can flow in the vertical direction, it is possible to provide a small semiconductor device having a device width smaller than that of a conventional electrostatic element in which two electrodes are Schottky bonded to one active layer. Become.

本発明は、半導体基板上に、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層を形成し、この第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成したものである。   In the present invention, a first active layer containing a first conductivity type impurity is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode is provided on the first active layer, while one of the first active layers is provided. Forming a second active layer containing a second conductivity type impurity on the partial region, and forming a third active layer containing the first conductivity type impurity on the second active layer; A second electrode is formed on the third active layer.

すなわち、本実施の形態に係る静電素子は、第1の導電型をn型、第2の導電型をp型とすると、半導体基板上にエピタキシャル成長されたn型ドーピング層とp型ドーピング層とn型ドーピング層により形成されたもので、かかる静電保護素子の電極が前記2つのn型ドーピング層にそれぞれ形成されてダイオード構造を形成している。   That is, in the electrostatic element according to the present embodiment, when the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type, the n-type doping layer and the p-type doping layer that are epitaxially grown on the semiconductor substrate are The n-type doping layer is used, and the electrodes of the electrostatic protection element are formed on the two n-type doping layers to form a diode structure.

このように、本実施の形態に係る静電保護素子は、半導体基板上に積層した前記第1〜第3の能動層により、pn接合のダイオードが縦に2個並んだものと等価な構造の静電保護素子としたものであり、サージなどによる電流を縦方向に流せる。したがって、一つの能動層に2つの電極をショットキー接合した従来の静電素子よりもデバイス幅を小さくでき、静電保護素子を小型化することができる。   As described above, the electrostatic protection element according to the present embodiment has a structure equivalent to a structure in which two pn junction diodes are vertically arranged by the first to third active layers stacked on the semiconductor substrate. It is an electrostatic protection element, and can cause a current due to a surge or the like to flow in the vertical direction. Therefore, the device width can be made smaller than that of a conventional electrostatic element in which two electrodes are Schottky bonded to one active layer, and the electrostatic protection element can be reduced in size.

この静電保護素子は、導電型不純物含有層を能動層とする高電子移動度トランジスタ(以下「HEMT:High Electron Mobility Transistor」という)と同一基板上に設ける場合に好適である。   This electrostatic protection element is suitable when provided on the same substrate as a high electron mobility transistor (hereinafter referred to as “HEMT: High Electron Mobility Transistor”) having a conductive impurity-containing layer as an active layer.

すなわち、静電保護素子をHEMT構造の一部またはその上に設けるものであり、高電子移動度トランジスタと静電素子とを、能動層を形成した同一の基板上に設けた半導体装置であって、前記静電保護素子は、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成することができる。   That is, a semiconductor device in which an electrostatic protection element is provided on a part of or on a HEMT structure, and a high electron mobility transistor and an electrostatic element are provided on the same substrate on which an active layer is formed. In the electrostatic protection element, the first electrode is provided in the first active layer containing the first conductivity type impurity, and the second conductivity type impurity is provided on a partial region of the first active layer. And a second active layer containing a first conductivity type impurity is formed on the second active layer, and a second electrode is formed on the third active layer. Can be formed.

かかる半導体装置でも、積層した前記第1〜第3の能動層により、pn接合のダイオードが縦に2個並んだものと等価な構造の静電保護素子を備える半導体装置となすことができ、前記静電保護素子では、サージなどによる電流を縦方向に流せることから、一つの能動層に2つの電極をショットキー接合した従来の静電素子よりもデバイス幅を小さくできることから半導体装置の小型化に寄与することができる。   Even in such a semiconductor device, the stacked first to third active layers can be a semiconductor device including an electrostatic protection element having a structure equivalent to a structure in which two pn junction diodes are vertically arranged. In the electrostatic protection element, current due to surge or the like can flow in the vertical direction, so that the device width can be made smaller than the conventional electrostatic element in which two electrodes are Schottky bonded to one active layer, thereby reducing the size of the semiconductor device. Can contribute.

このように、本実施の形態に係る静電保護素子、及びその製造方法を用いることによって、HEMTを用いたICにおける静電保護素子の立ち上がり電圧を自由に設計できるとともに、なおかつ静電耐圧に優れた小型の半導体装置を製造することが可能となる。   As described above, by using the electrostatic protection element according to the present embodiment and the manufacturing method thereof, the rising voltage of the electrostatic protection element in the IC using HEMT can be freely designed, and the electrostatic withstand voltage is excellent. It is possible to manufacture a small semiconductor device.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態をより具体的に説明する。図1はHEMTと静電保護素子とを同一基板上に設けた本実施の形態に係る半導体装置を示す断面視による説明図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to the present embodiment in which a HEMT and an electrostatic protection element are provided on the same substrate.

図1に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、GaAs半絶縁性基板31上に、従来構造と同様にGaAsバッファ層32と、InGaAsチャネル層33と、AlGaAsスペーサー層34と、AlGaAsドーピング層35と、AlGaAs障壁層36と、静電保護素子の第1の能動層となる第1のGaAsキャップ層37とが積層されるとともに、静電保護素子を形成するための静電保護素子形成領域10には、さらにp−AlGaAs層38と、第2の能動層となる第2のGaAsキャップ層39が順次エピタキシャル成長されている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the present embodiment has a GaAs buffer layer 32, an InGaAs channel layer 33, an AlGaAs spacer layer 34, an AlGaAs on a GaAs semi-insulating substrate 31 as in the conventional structure. A doping layer 35, an AlGaAs barrier layer 36, and a first GaAs cap layer 37 serving as a first active layer of the electrostatic protection element are stacked, and an electrostatic protection element for forming the electrostatic protection element In the formation region 10, a p-AlGaAs layer 38 and a second GaAs cap layer 39 serving as a second active layer are epitaxially grown sequentially.

前記p−AlGaAs層38は、例えばZnからなるp型不純物がドーピングされている。   The p-AlGaAs layer 38 is doped with a p-type impurity made of, for example, Zn.

また、前記第2のGaAsキャップ層39は、前記第1のGaAsキャップ層37と同じn型不純物、本実施の形態ではSiが同じ濃度でドーピングされている。   The second GaAs cap layer 39 is doped with the same n-type impurity as that of the first GaAs cap layer 37, that is, Si in the present embodiment.

また、一部のp−AlGaAs層38と第2のGaAsキャップ層39はエッチングにより除去されている。   A part of the p-AlGaAs layer 38 and the second GaAs cap layer 39 are removed by etching.

そして、前記第1のGaAsキャップ層37上に第1の電極11が形成され、第2のGaAsキャップ層39上には第2の電極12が形成されており、それぞれオーミック電極を形成している。   A first electrode 11 is formed on the first GaAs cap layer 37, and a second electrode 12 is formed on the second GaAs cap layer 39, each forming an ohmic electrode. .

一方、静電保護素子形成領域10以外のp−AlGaAs層38と第2のGaAsキャップ層39は、前述したようにエッチング除去され、第1のGaAsキャップ層37も静電保護素子形成領域10と、HEMTのソース電極形成部21とドレイン電極形成部22以外はエッチング除去されている。なお、図1中、21aはオーミック電極からなるHEMTのソース電極、22aは同じくオーミック電極からなるHEMTのドレイン電極、23はショットキー電極からなるHEMTのゲート電極、40はSiNからなる絶縁膜である。   On the other hand, the p-AlGaAs layer 38 and the second GaAs cap layer 39 other than the electrostatic protection element formation region 10 are etched away as described above, and the first GaAs cap layer 37 is also separated from the electrostatic protection element formation region 10. The portions other than the HEMT source electrode forming portion 21 and the drain electrode forming portion 22 are removed by etching. In FIG. 1, 21a is a HEMT source electrode made of an ohmic electrode, 22a is a HEMT drain electrode also made of an ohmic electrode, 23 is a HEMT gate electrode made of a Schottky electrode, and 40 is an insulating film made of SiN. .

また、本実施の形態における素子間の分離は、エッチングによるエピタキシャル層を除去することにより行っているが、例えばホウ素によるイオン注入により素子間分離を行うこともできる。   In addition, the element separation in the present embodiment is performed by removing the epitaxial layer by etching, but the element separation can also be performed by ion implantation with boron, for example.

上記構成により、本実施の形態に係る静電保護素子は、第1の電極11と第2の電極12を有するダイオード構造が構成され、立ち上がり電圧はp−AlGaAs層38のp型不純物濃度、膜厚及びAlの組成比によって自由に制御することが可能となっている。   With the above configuration, the electrostatic protection element according to the present embodiment has a diode structure including the first electrode 11 and the second electrode 12, and the rising voltage is the p-type impurity concentration of the p-AlGaAs layer 38, the film It can be freely controlled by the thickness and the Al composition ratio.

このように、本実施の形態によれば、サージなどによる電流は、第1のGaAsキャップ層37、p−AlGaAs層38、第2のGaAsキャップ層39により構成されるエピタキシャル構造の縦方向に流れるようになり、従来の静電素子のように、一つの能動層に2つの電極をショットキー接合した構造のものに比べて小型化することが可能となる。   Thus, according to the present embodiment, a current due to a surge or the like flows in the longitudinal direction of the epitaxial structure constituted by the first GaAs cap layer 37, the p-AlGaAs layer 38, and the second GaAs cap layer 39. Thus, it is possible to reduce the size as compared with a structure in which two electrodes are Schottky bonded to one active layer as in a conventional electrostatic element.

ここで、本実施の形態に係る半導体装置を製造する手順について、図2〜図8を参照しながら説明する。   Here, a procedure for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

先ず、図2に示すように、GaAs半絶縁性基板31上に、HEMTを形成するのに必要なGaAsバッファ層32と、InGaAsチャネル層33と、AlGaAsスペーサー層34と、AlGaAsドーピング層35と、AlGaAs障壁層36と、第1のGaAsキャップ層37と、p−AlGaAs層38と、第2のGaAsキャップ層39とを順次、エピタキシャル成長させる。   First, as shown in FIG. 2, on a GaAs semi-insulating substrate 31, a GaAs buffer layer 32, an InGaAs channel layer 33, an AlGaAs spacer layer 34, an AlGaAs doping layer 35 necessary for forming a HEMT, An AlGaAs barrier layer 36, a first GaAs cap layer 37, a p-AlGaAs layer 38, and a second GaAs cap layer 39 are sequentially epitaxially grown.

ここで、前記p−AlGaAs層38は、例えばZnからなるp型不純物がドーピングされており、その濃度は、静電保護素子に必要とされる立ち上がり電圧の値によって決められている。またAlの組成比及び膜圧についても、ドーピング濃度同様に立ち上がり電圧値により決められる。   Here, the p-AlGaAs layer 38 is doped with a p-type impurity made of, for example, Zn, and its concentration is determined by the value of the rising voltage required for the electrostatic protection element. Further, the Al composition ratio and the film pressure are also determined by the rising voltage value in the same manner as the doping concentration.

また、前記第2のGaAsキャップ層39は、前述したように、第1のGaAsキャップ層37と同じn型不純物(Si)が同じ濃度でドーピングされている。   Further, as described above, the second GaAs cap layer 39 is doped with the same n-type impurity (Si) as the first GaAs cap layer 37 at the same concentration.

次いで、図3に示すように、エピタキシャル層によって形成されるデバイス、すなわち本実施の形態におけるHEMTを形成するためのHEMT形成領域20及び静電保護素子を形成する静電素子形成領域10以外のエピタキシャル層を、例えば燐酸と過酸化水素水と水の混合液からなるエッチング液にてエッチング除去する。   Next, as shown in FIG. 3, a device formed by an epitaxial layer, that is, an epitaxial layer other than the HEMT forming region 20 for forming the HEMT and the electrostatic element forming region 10 for forming the electrostatic protection element in the present embodiment. The layer is etched away with, for example, an etchant composed of a mixture of phosphoric acid, hydrogen peroxide, and water.

次いで、図4に示すように、静電保護素子形成領域10の一部を除き、p−AlGaAs層38と第2のGaAsキャップ層39を前記同様のエッチング液でエッチングして除去する。   Next, as shown in FIG. 4, except for a part of the electrostatic protection element formation region 10, the p-AlGaAs layer 38 and the second GaAs cap layer 39 are removed by etching with the same etching solution.

その後、図5に示すように、静電保護素子形成領域10の一部とHEMT形成領域20のソース電極形成部21及びドレイン電極形成部22を残して、第1のGaAsキャップ層37を例えばクエン酸と過酸化水素水の混合液を使ってエッチング除去する。   Thereafter, as shown in FIG. 5, the first GaAs cap layer 37 is formed, for example, by leaving a part of the electrostatic protection element forming region 10 and the source electrode forming portion 21 and the drain electrode forming portion 22 in the HEMT forming region 20. Etch away using a mixture of acid and hydrogen peroxide.

次いで、図6に示すように、例えばSiNからなる絶縁膜40を堆積した後、静電保護素子形成領域10の一部を二箇所同時に開口し、第1開口部40aと第2開口部40bを設ける。このとき、前記第1開口部40aは第1のGaAsキャップ層37上に、第2開口部40bは第2のGaAsキャップ層39上に形成する。   Next, as shown in FIG. 6, after depositing an insulating film 40 made of, for example, SiN, a part of the electrostatic protection element forming region 10 is opened at two places simultaneously, and the first opening 40 a and the second opening 40 b are formed. Provide. At this time, the first opening 40 a is formed on the first GaAs cap layer 37 and the second opening 40 b is formed on the second GaAs cap layer 39.

次に、これら第1開口部40a及び第2開口部40bに、HEMTのソース電極21a及びドレイン電極22a(図1参照)と同じ材料、すなわち、下からAuGe、Ni、Auの多層膜を蒸着やスパッタリングで堆積してパターニングし、図7に示すように、第1の電極11と第2の電極12とを形成する。   Next, the same material as that of the source electrode 21a and the drain electrode 22a (see FIG. 1) of the HEMT, that is, a multilayer film of AuGe, Ni, and Au is deposited on the first opening 40a and the second opening 40b. The first electrode 11 and the second electrode 12 are formed by depositing and patterning by sputtering, as shown in FIG.

その後、HEMTのソース電極21aとドレイン電極22aと、第1の電極11と第1のGaAsキャップ層37と、第2の電極12と第2のGaAsキャップ層39とのコンタクト抵抗をそれぞれ低減させるためアロイ処理を行う。   Thereafter, the contact resistances of the HEMT source electrode 21a and drain electrode 22a, the first electrode 11 and the first GaAs cap layer 37, and the second electrode 12 and the second GaAs cap layer 39 are reduced. Perform alloy processing.

そして、最後にHEMTのゲート電極23を形成し、各素子の電極を配線で結ぶことにより、図1に示したHEMTと静電素子とが同一基板上に設けられた半導体装置が完成することになる。   Finally, the HEMT gate electrode 23 is formed, and the electrodes of the respective elements are connected by wiring, whereby the semiconductor device in which the HEMT and the electrostatic element shown in FIG. 1 are provided on the same substrate is completed. Become.

上述してきた手順により製造された半導体装置における静電保護素子は、GaAs半絶縁性基板31上にエピタキシャル成長されたn型ドーピング層である第1のGaAsキャップ層37と、p型ドーピング層であるp−AlGaAs層38と、n型ドーピング層である第2のGaAsキャップ層39により形成されている。そして、かかる静電保護素子の第1の電極11と第2の電極12とが2つのn型ドーピング層にそれぞれ形成されてダイオード構造を形成していることから、pn接合面を広くとることができ、サージなどによる電流を縦方向に流せることになって、デバイス幅を小さくして小型化することができる。   The electrostatic protection element in the semiconductor device manufactured by the above-described procedure includes the first GaAs cap layer 37 that is an n-type doping layer epitaxially grown on the GaAs semi-insulating substrate 31 and the p-type doping layer p. It is formed by the AlGaAs layer 38 and the second GaAs cap layer 39 which is an n-type doping layer. Since the first electrode 11 and the second electrode 12 of the electrostatic protection element are respectively formed in two n-type doping layers to form a diode structure, a wide pn junction surface can be taken. The current due to surge or the like can flow in the vertical direction, and the device width can be reduced and the device can be downsized.

本実施の形態に係る半導体装置を示す断面視による説明図である。It is explanatory drawing by the cross sectional view which shows the semiconductor device which concerns on this Embodiment. 同半導体装置の製造工程の一つを示す説明図である。FIG. 27 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device. 同半導体装置の製造工程の一つを示す説明図である。FIG. 27 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device. 同半導体装置の製造工程の一つを示す説明図である。FIG. 27 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device. 同半導体装置の製造工程の一つを示す説明図である。FIG. 27 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device. 同半導体装置の製造工程の一つを示す説明図である。FIG. 27 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device. 同半導体装置の製造工程の一つを示す説明図である。FIG. 27 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device. 従来の半導体装置の断面視による説明図である。It is explanatory drawing by the cross sectional view of the conventional semiconductor device. 同半導体装置の静電保護素子部分を示す平面視による説明図である。It is explanatory drawing by the planar view which shows the electrostatic protection element part of the semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

31 GaAs半絶縁性基板
32 GaAsバッファ層
33 InGaAsチャネル層
34 AlGaAsスペーサー層
35 AlGaAsドーピング層
36 AlGaAs障壁層
37 第1のGaAsキャップ層
38 p−AlGaAs層
39 第2のGaAsキャップ層
31 GaAs semi-insulating substrate 32 GaAs buffer layer 33 InGaAs channel layer 34 AlGaAs spacer layer 35 AlGaAs doping layer 36 AlGaAs barrier layer 37 first GaAs cap layer 38 p-AlGaAs layer 39 second GaAs cap layer

Claims (4)

半導体基板上に、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層を形成し、この第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成したことを特徴とする静電保護素子。   A first active layer containing a first conductivity type impurity is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode is provided on the first active layer, while a first electrode is provided on a partial region of the first active layer. , Forming a second active layer containing a second conductivity type impurity and forming a third active layer containing a first conductivity type impurity on the second active layer, An electrostatic protection element, wherein a second electrode is formed on an active layer. 高電子移動度トランジスタと静電素子とを、能動層を形成した同一の基板上に設けた半導体装置であって、
前記静電保護素子は、
第1の導電型不純物を含有する第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成したことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device in which a high electron mobility transistor and an electrostatic element are provided on the same substrate on which an active layer is formed,
The electrostatic protection element is
A first active layer containing a first conductivity type impurity is provided with a first electrode, and a second active layer containing a second conductivity type impurity is formed on a partial region of the first active layer. And a third active layer containing a first conductivity type impurity is formed on the second active layer, and a second electrode is formed on the third active layer. Semiconductor device.
半導体基板上に、第1の導電型不純物を含有する第1の能動層を形成し、この第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成することを特徴とする静電保護素子の製造方法。   A first active layer containing a first conductivity type impurity is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode is provided on the first active layer, while a first electrode is provided on a partial region of the first active layer. , Forming a second active layer containing a second conductivity type impurity and forming a third active layer containing a first conductivity type impurity on the second active layer, A method of manufacturing an electrostatic protection element, wherein a second electrode is formed on an active layer. 高電子移動度トランジスタと静電素子とを、能動層を形成した同一の基板上に設けた半導体装置の製造方法であって、
前記静電保護素子は、
第1の導電型不純物を含有する第1の能動層に第1の電極を設ける一方、前記第1の能動層の一部領域上に、第2の導電型不純物を含有する第2の能動層を形成するとともに、この第2の能動層上に第1の導電型不純物を含有する第3の能動層を形成し、この第3の能動層に第2の電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device in which a high electron mobility transistor and an electrostatic element are provided on the same substrate on which an active layer is formed,
The electrostatic protection element is
A first active layer containing a first conductivity type impurity is provided with a first electrode, and a second active layer containing a second conductivity type impurity is formed on a partial region of the first active layer. And a third active layer containing a first conductivity type impurity is formed on the second active layer, and a second electrode is formed on the third active layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
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