JP2008027939A - Protective element and its fabrication process, and compound semiconductor device - Google Patents

Protective element and its fabrication process, and compound semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protective element in which a leakage current can be reduced while enhancing surge resistance. <P>SOLUTION: In a protective element having an n-type n<SP>-</SP>GaAs layer 6, and a p-type emitter region 8 and a p-type collector region 9 formed in the n<SP>-</SP>GaAs layer, an n<SP>+</SP>GaAs layer having a doping concentration higher than that of dopant in the n<SP>-</SP>GaAs layer is provided between the p-type emitter region 8 and the p-type collector region 9 on the n<SP>-</SP>GaAs layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は保護素子及びその製造方法、並びに化合物半導体装置に関する。詳しくは、2層構造の導電体層を形成し、上層の導電体層における担体濃度を下層の導電体層における担体濃度よりも大きくすることによって、サージへの耐性を向上させると共に、リーク電流を低減する保護素子及びその製造方法、並びに化合物半導体装置に係るものである。   The present invention relates to a protective element, a manufacturing method thereof, and a compound semiconductor device. Specifically, by forming a two-layered conductor layer and making the carrier concentration in the upper conductor layer larger than the carrier concentration in the lower conductor layer, the surge resistance is improved and the leakage current is reduced. The present invention relates to a protective element to be reduced, a manufacturing method thereof, and a compound semiconductor device.

GaAs系等の化合物半導体層を有する化合物半導体系の電界効果トランジスタは、電子移動度が高く、良好な高周波特性を有するので、携帯電話などの高周波領域の分野で広く用いられている。   A compound semiconductor field effect transistor having a compound semiconductor layer such as GaAs has high electron mobility and good high frequency characteristics, and is therefore widely used in the field of high frequency regions such as cellular phones.

ここで、化合物半導体系電界効果トランジスタのゲート電極やドレイン電極は、そのサージへの耐性が所望の用途、構造、寸法の電界効果トランジスタに要求される程、高くないことが知られている。ゲート幅の小さなトランジスタの場合には、ゲート電極やドレイン電極のサージへの耐性が極めて低く、20〜30Vのサージ電圧で破壊されることがある。また、高周波特性を向上させるため、ゲート−ドレイン間及びゲート−ソース間の距離を小さくしているが、このこともサージへの耐性を低くしている原因の1つである。   Here, it is known that the gate electrode and the drain electrode of the compound semiconductor field effect transistor are not so high that the surge resistance is required for a field effect transistor having a desired application, structure, and dimensions. In the case of a transistor having a small gate width, the gate electrode and the drain electrode are extremely resistant to surges, and may be broken by a surge voltage of 20 to 30V. In order to improve the high-frequency characteristics, the distance between the gate and the drain and the distance between the gate and the source are reduced. This is one of the causes for reducing the resistance to surge.

そこで、サージへの耐性を向上させるために、ゲート−ドレイン間及びゲート−ソース間などに保護素子を用いることがあり(例えば、特許文献1参照。)、この保護素子には通常動作時におけるリーク電流を低減すること、及び保護素子自身のサージへの耐性を向上することなどが要求されている。   Therefore, in order to improve the resistance to surge, a protective element is sometimes used between the gate and the drain and between the gate and the source (see, for example, Patent Document 1), and this protective element has a leak during normal operation. There is a demand for reducing the current and improving the surge resistance of the protection element itself.

以下、図面を参照して、従来の保護素子を備える化合物半導体装置を説明する。   Hereinafter, a compound semiconductor device including a conventional protection element will be described with reference to the drawings.

図4は、従来の保護素子を備える化合物半導体装置を説明するための模式的な断面図であり、ここで示す化合物半導体装置101は、半絶縁性GaAs基板102上に、不純物を添加していない(undoped)GaAs単結晶からなるバッファー層103を介して、チャネル層104及びバリア層105が順次積層されている。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a compound semiconductor device provided with a conventional protection element. In the compound semiconductor device 101 shown here, no impurity is added on a semi-insulating GaAs substrate 102. A channel layer 104 and a barrier layer 105 are sequentially stacked via a buffer layer 103 made of (undoped) GaAs single crystal.

また、バリア層105上にはSiのドーピング濃度が6×1018/cm3であるn+GaAs層106が形成され、n+GaAs層の表面にp型エミッタ領域107及びp型コレクタ領域108が形成されている。 An n + GaAs layer 106 having a Si doping concentration of 6 × 10 18 / cm 3 is formed on the barrier layer 105, and a p-type emitter region 107 and a p-type collector region 108 are formed on the surface of the n + GaAs layer. Is formed.

更に、n+GaAs層106上にはコンタクトホール113,114が設けられたSiNからなるパッシベーション膜110が形成されると共に、コンタクトホール113を通じてp型エミッタ領域にオーミック接触したエミッタ電極111及びコンタクトホール114を通じてp型コレクタ領域にオーミック接触したコレクタ電極112が形成されている。なお、図中符号115,116はp型不純物を含有する素子分離領域を示している。 Further, a passivation film 110 made of SiN provided with contact holes 113 and 114 is formed on the n + GaAs layer 106, and an emitter electrode 111 and a contact hole 114 that are in ohmic contact with the p-type emitter region through the contact hole 113. A collector electrode 112 is formed in ohmic contact with the p-type collector region. In the figure, reference numerals 115 and 116 denote element isolation regions containing p-type impurities.

上記した従来の保護素子では、ツェナー降伏を利用してサージ電流を逃がすことができる。   In the above-described conventional protection element, a surge current can be released by utilizing Zener breakdown.

ところで、この従来の保護素子においては、降伏電圧に達しない通常の動作状態(通常動作時)における接合リーク電流が高いという問題がある。その為、保護素子を用いた集積回路において、その消費電流を増加させてしまう結果となっていた。   However, this conventional protection element has a problem that the junction leakage current is high in a normal operation state (during normal operation) that does not reach the breakdown voltage. For this reason, in the integrated circuit using the protection element, the current consumption is increased.

そこで、本出願人は、かかる課題を解決すべく、検討を重ね、pn接合をなす導電体層の下層にさらに導電体層を設けた2層構造とし、pn接合をなす上層の導電体層の担体濃度を下層の導電体層の担体濃度よりも小さくした保護素子を開発するに至った(特許文献2参照)。   Therefore, the applicant of the present invention has repeatedly studied to solve such a problem, and has a two-layer structure in which a conductor layer is further provided in the lower layer of the conductor layer forming the pn junction, and the upper conductor layer forming the pn junction is formed. A protective element having a carrier concentration smaller than that of the lower conductor layer has been developed (see Patent Document 2).

すなわち、pn接合をなす上層の導電体層の担体濃度を下層の導電体層の担体濃度よりも小さくすることによって、サージへの耐性を向上させ、さらにリーク電流の低減をも図ったのである。
特開2002−9253号公報 特開2006−32582号公報
That is, by making the carrier concentration of the upper conductive layer forming the pn junction smaller than the carrier concentration of the lower conductive layer, the surge resistance is improved and the leakage current is further reduced.
JP 2002-9253 A JP 2006-32582 A

上述のように本出願人は、pn接合をなす上層の導電体層の担体濃度を下層の導電体層の担体濃度よりも小さくした保護素子を開発したが、リーク電流の更なる低減と、保護素子自身のサージへの耐性の更なる向上とを実現することができる保護素子及びそれを備える化合物半導体装置が望まれている。   As described above, the present applicant has developed a protective element in which the carrier concentration of the upper conductive layer forming the pn junction is smaller than the carrier concentration of the lower conductive layer. There is a demand for a protective element capable of further improving the resistance to surge of the element itself and a compound semiconductor device including the protective element.

そこで、本出願人は、更なる研究を重ねた結果、上記保護素子には解決すべき課題があることを見出すことができた。   Therefore, as a result of further research, the present applicant has found that the protective element has a problem to be solved.

すなわち、製造工程において加えられる熱により高濃度のn+GaAs層のSiがn+GaAs層の下層に拡散して、電界効果トランジスタなどの他の素子に影響を及ぼしてしまい、特性の劣化を招いてしまう。 That is, due to the heat applied in the manufacturing process, Si in the high concentration n + GaAs layer diffuses into the lower layer of the n + GaAs layer and affects other elements such as field effect transistors, resulting in deterioration of characteristics. I will.

しかも、n+GaAs層のSiがn+GaAs層の下層に拡散してしまうことによって、保護素子のサージへの耐性の低下を招いてしまう。 Moreover, n + by Si in GaAs layer diffuses into the underlying n + GaAs layer, which leads to reduction in the resistance to a surge protection device.

そこで、本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、サージへの耐性を向上させると共に、リーク電流の低減を図ることができる保護素子及びその製造方法、並びに化合物半導体装置を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention was devised in view of the above points, and includes a protection element capable of improving surge resistance and reducing leakage current, a manufacturing method thereof, and a compound semiconductor device. It is intended to provide.

上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、第1導電型の第1導電体層と、前記第1導電体層に形成され、前記第1導電体層とpn接合をなす一対の第2導電型の第2導電体層と、を備える保護素子において、前記第1導電体層上であって、かつ前記第2導電体層間に、前記第1導電体層よりも担体濃度が大きい第1導電型の第3導電体層を設けたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is formed in a first conductive layer of a first conductivity type and the first conductive layer, and a pn junction is formed between the first conductive layer and the first conductive layer. And a pair of second conductivity type second conductor layers formed on the first conductor layer and between the second conductor layers than the first conductor layer. A third conductive layer of the first conductivity type having a high concentration is provided.

ここで、第1導電体層とpn接合をなす第2導電型の第2導電体層が第1導電体層内に形成され、第1導電体層における担体濃度が第3導電体層における担体濃度よりも小さいために、通常動作時に担体濃度の小さな第1導電体層のみに電流が流れ、リーク電流を抑制することができる。   Here, the second conductor layer of the second conductivity type forming a pn junction with the first conductor layer is formed in the first conductor layer, and the carrier concentration in the first conductor layer is the carrier in the third conductor layer. Since it is smaller than the concentration, current flows only in the first conductor layer having a low carrier concentration during normal operation, and leakage current can be suppressed.

また、サージが入った場合には、第1導電体層のみならず、担体濃度が大きな第3導電体層にも電流が流れるために、サージ耐性の向上を図ることができる。   In addition, when a surge occurs, current flows not only through the first conductor layer but also through the third conductor layer having a high carrier concentration, so that surge resistance can be improved.

しかも、担体濃度が大きな第3導電体層が第1導電体層の上層にあることから、第3導電体層のドーパントが第1導電体層の下層に拡散することがなく、電界効果トランジスタなどの他の素子に影響を及ぼすことを回避することができる。   In addition, since the third conductor layer having a high carrier concentration is above the first conductor layer, the dopant of the third conductor layer does not diffuse into the lower layer of the first conductor layer, and a field effect transistor or the like It is possible to avoid affecting other elements.

さらに、第3導電体層のドーパントが第1導電体層に拡散することから第1導電体層の許容電流量を向上させることができる。   Furthermore, since the dopant of the third conductor layer diffuses into the first conductor layer, the allowable current amount of the first conductor layer can be improved.

また、請求項2に記載の発明は、基板上に第1導電型の第1導電体層を形成する工程と、前記第1導電体層上に、前記第1導電体層よりも担体濃度が大きい第1導電型の第3導電体層を所定形状に形成する工程と、前記第3導電体層を挟む位置であって前記第1導電体層に、前記第1導電体層とpn接合をなす第2導電型の第2導電体層を形成する工程とを有する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a step of forming a first conductive layer of a first conductivity type on a substrate, and a carrier concentration on the first conductive layer is higher than that of the first conductive layer. A step of forming a large first conductive type third conductive layer in a predetermined shape, and a position at which the third conductive layer is sandwiched and the first conductive layer and the pn junction are formed on the first conductive layer Forming a second conductive layer of the second conductivity type.

ここで、第1導電型の第1導電体層上に、第1導電体層における担体濃度よりも担体濃度が大きい第1導電型の第3導電体層を形成し、第1導電体層内に、第1導電体層とpn接合をなす第2導電型の第2導電体層を形成することによって、通常動作時に担体濃度の小さな第2の導電体層のみに電流が流れ、リーク電流を抑制することができる。   Here, a first conductive type third conductive layer having a carrier concentration higher than the carrier concentration in the first conductive layer is formed on the first conductive type first conductive layer, and the inside of the first conductive layer In addition, by forming a second conductive type second conductive layer that forms a pn junction with the first conductive layer, current flows only in the second conductive layer having a low carrier concentration during normal operation, and leakage current is reduced. Can be suppressed.

また、サージが入った場合には、第1導電体層のみならず、担体濃度が大きな第3導電体層にも電流が流れるために、サージ耐性の向上を図ることができる。   In addition, when a surge occurs, current flows not only through the first conductor layer but also through the third conductor layer having a high carrier concentration, so that surge resistance can be improved.

また、請求項3に記載の発明は、化合物半導体層を有する基板と、この基板上若しくはこの基板内に形成された第1導電型の第1導電体層と、前記第1導電体層に形成され、前記第1導電体層とpn接合をなす一対の第2導電型の第2導電体層と、を備える化合物半導体装置において、前記第1導電体層上であって、かつ前記第2導電体層間に、前記第1導電体層よりも担体濃度が大きい第1導電型の第3導電体層を設けたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a substrate having a compound semiconductor layer, a first conductive layer of a first conductivity type formed on or in the substrate, and formed on the first conductive layer. And a pair of second conductive type second conductive layers forming a pn junction with the first conductive layer, wherein the second conductive layer is on the first conductive layer and the second conductive layer. A third conductive layer of a first conductivity type having a carrier concentration higher than that of the first conductive layer is provided between body layers.

ここで、第1導電体層とpn接合をなす第2導電型の第2導電体層が第1導電体層内に形成され、第1導電体層における担体濃度が第3導電体層における担体濃度よりも小さいために、通常動作時に担体濃度の小さな第1導電体層のみに電流が流れ、リーク電流を抑制することができる。   Here, the second conductor layer of the second conductivity type forming a pn junction with the first conductor layer is formed in the first conductor layer, and the carrier concentration in the first conductor layer is the carrier in the third conductor layer. Since it is smaller than the concentration, current flows only in the first conductor layer having a low carrier concentration during normal operation, and leakage current can be suppressed.

また、サージが入った場合には、第1導電体層のみならず、担体濃度が大きな第3導電体層にも電流が流れるために、サージ耐性の向上を図ることができる。   In addition, when a surge occurs, current flows not only through the first conductor layer but also through the third conductor layer having a high carrier concentration, so that surge resistance can be improved.

しかも、担体濃度が大きな第3導電体層が第1導電体層の上層にあることから、第3導電体層のドーパントが第1導電体層の下層に拡散することがなく、第1導電体層の下層に形成される電界効果トランジスタなどの他の素子が形成されている場合であっても、この他の素子に影響を及ぼすことを回避することができる。   In addition, since the third conductor layer having a high carrier concentration is in the upper layer of the first conductor layer, the dopant of the third conductor layer does not diffuse into the lower layer of the first conductor layer, and the first conductor Even when other elements such as a field effect transistor formed below the layer are formed, it is possible to avoid affecting the other elements.

さらに、第3導電体層のドーパントが第1導電体層に拡散することから第1導電体層の許容電流量を向上させることができる。   Furthermore, since the dopant of the third conductor layer diffuses into the first conductor layer, the allowable current amount of the first conductor layer can be improved.

上記した本発明の保護素子及びその製造方法、並びに化合物半導体装置では、通常動作時のリーク電流を抑制することができると共に、サージへの耐性の向上を図ることができる。   In the protection element, the manufacturing method thereof, and the compound semiconductor device of the present invention described above, leakage current during normal operation can be suppressed and resistance to surge can be improved.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明を適用した保護素子を備えた化合物半導体装置1を説明するための模式的な断面図であり、ここで示す化合物半導体装置1は、半絶縁性GaAs基板2上に、不純物を添加していない(undoped)GaAs単結晶からなるバッファー層3を介して、チャネル層4及びバリア層5が順次積層されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a compound semiconductor device 1 having a protection element to which the present invention is applied. The compound semiconductor device 1 shown here has impurities on a semi-insulating GaAs substrate 2. A channel layer 4 and a barrier layer 5 are sequentially stacked via a buffer layer 3 made of undoped GaAs single crystal.

ここで、半絶縁性GaAs基板2は不純物をほとんど含有せず、例えば抵抗率106〜108Ω・cm程度の単結晶からなる。半絶縁性GaAs基板2はバルク結晶であり、点欠陥や転位といった格子欠陥を多く含む。従って、半絶縁性GaAs基板2上にエピタキシャル層を成長させると、良質な結晶とならない。これを防ぐために半絶縁性GaAs基板2上にバッファー層3が設けられている。 Here, the semi-insulating GaAs substrate 2 contains almost no impurities and is made of a single crystal having a resistivity of about 10 6 to 10 8 Ω · cm, for example. The semi-insulating GaAs substrate 2 is a bulk crystal and includes many lattice defects such as point defects and dislocations. Therefore, when an epitaxial layer is grown on the semi-insulating GaAs substrate 2, a good quality crystal is not obtained. In order to prevent this, the buffer layer 3 is provided on the semi-insulating GaAs substrate 2.

また、チャネル層4の材料としては、例えば不純物を添加していないInxGa1-xAs(undoped−InGaAs)混晶が用いられる。通常、InGaAs混晶はAlGaAs混晶よりも電子移動度が大きく、InGaAsをチャネル層として用いることにより高速な電子移動が可能となる。チャネル層4としてInxGa1-xAs混晶を用いる場合、通常Inの組成比xは0.1〜0.2である。 As a material for the channel layer 4, for example, In x Ga 1-x As (undoped-InGaAs) mixed crystal to which no impurity is added is used. Usually, an InGaAs mixed crystal has a higher electron mobility than an AlGaAs mixed crystal, and high-speed electron transfer is possible by using InGaAs as a channel layer. When an In x Ga 1-x As mixed crystal is used as the channel layer 4, the In composition ratio x is usually 0.1 to 0.2.

また、バリア層5は、例えばAlxGa1-xAs混晶等の三−五族化合物半導体からなり、通常、Alの組成比xは0.2〜0.3である。 The barrier layer 5 is made of a Group III-V compound semiconductor such as Al x Ga 1-x As mixed crystal, and the Al composition ratio x is usually 0.2 to 0.3.

また、バリア層5上にはSiのドーピング濃度が1×1017〜5×1017/cm3であり膜厚が50nmのn-GaAs層6(第1導電体層の一例に相当)が形成され、n-GaAs層6上にはSiのドーピング濃度が6×1018/cm3であり膜厚が80nmのn+GaAs層7(第3導電体層の一例に相当)が形成されている。更に、n-GaAs層6の表面にp型エミッタ領域8及びp型コレクタ領域9(一対の第2導電体層の一例に相当)が形成されている。 An n GaAs layer 6 (corresponding to an example of a first conductor layer) having a Si doping concentration of 1 × 10 17 to 5 × 10 17 / cm 3 and a film thickness of 50 nm is formed on the barrier layer 5. On the n GaAs layer 6, an n + GaAs layer 7 (corresponding to an example of a third conductor layer) having a Si doping concentration of 6 × 10 18 / cm 3 and a film thickness of 80 nm is formed. . Further, a p-type emitter region 8 and a p-type collector region 9 (corresponding to an example of a pair of second conductor layers) are formed on the surface of the n GaAs layer 6.

なお、n+GaAs層7にドーピングされているSi濃度やn+GaAs層7の膜厚を変更することによって、サージへの耐性を任意に調整することができる。また、n-GaAs層6にドーピングされているSi濃度やn-GaAs層6の膜厚を変更することによっても、リーク電流を任意に調整することができる。 Incidentally, by changing the thickness of the Si concentration and the n + GaAs layer 7 which is doped n + GaAs layer 7, it is possible to arbitrarily adjust the resistance to surge. Further, n - Si concentration and n are doped in the GaAs layer 6 - also by changing the thickness of the GaAs layer 6, it is possible to arbitrarily adjust the leakage current.

また、n-GaAs層6上にはコンタクトホール10,11が設けられたSiNからなるパッシベーション膜12が形成されると共に、コンタクトホール10を通じてp型エミッタ領域にオーミック接触したエミッタ電極13及びコンタクトホール11を通じてp型コレクタ領域にオーミック接触したコレクタ電極14が形成されている。なお、図中符号15,16はp型不純物を含有する素子分離領域を示している。 Further, a passivation film 12 made of SiN provided with contact holes 10 and 11 is formed on the n GaAs layer 6, and an emitter electrode 13 and a contact hole 11 that are in ohmic contact with the p-type emitter region through the contact hole 10. A collector electrode 14 is formed in ohmic contact with the p-type collector region. In the figure, reference numerals 15 and 16 denote element isolation regions containing p-type impurities.

ここで、n-GaAs層6とn+GaAs層7の二層構造としているのは、通常動作時にn-GaAs層6のみに電流を流し、サージが入った場合にn-GaAs層6のみならずn+GaAs層7にも電流を流してサージ耐性を高めるためである。 If GaAs layer 6 only - Here, n - are you a two-layer structure of the GaAs layer 6 and the n + GaAs layer 7, during normal operation n - GaAs layer 6 only to conduct current when a surge enters n This is because current is passed through the n + GaAs layer 7 to improve surge resistance.

従って、n+GaAs層7におけるSiのドーズ量をn-GaAs層6におけるSiのドーズ量よりも大きくすることによって充分にサージ耐性を高めることができるのであれば、必ずしもn+GaAs層7の膜厚がn-GaAs層6の膜厚より厚く形成される必要は無い。 Therefore, if the surge resistance can be sufficiently increased by making the Si dose in the n + GaAs layer 7 larger than the Si dose in the n GaAs layer 6, the film of the n + GaAs layer 7 is not necessarily required. The thickness need not be greater than that of the n GaAs layer 6.

しかし、サージが入った時にn+GaAs層7により一層大きな電流を流せる様に、即ち許容電流量を充分に大きくするために、n+GaAs層7におけるSiのドーズ量をn-GaAs層におけるSiのドーズ量よりも大きくするのみならず、n-GaAs層6と比較してn+GaAs層7の膜厚が厚くなる様に構成される方が好ましい。 However, in order to allow a larger current to flow through the n + GaAs layer 7 when a surge occurs, that is, in order to sufficiently increase the allowable current amount, the dose amount of Si in the n + GaAs layer 7 is changed to that in the n GaAs layer. It is preferable that the n + GaAs layer 7 has a larger thickness than that of the n GaAs layer 6.

以下、上述の保護素子を備える化合物半導体装置の製造方法について説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a compound semiconductor device including the above-described protection element will be described.

上述の化合物半導体装置の製造方法では、先ず、半絶縁性GaAs基板2上に例えば有機金属化学気相成長法(MOCVD法)によりundoped−AlGaAsをエピタキシャル成長させ、バッファー層3を形成する(図2(a)参照)。   In the above-described method for manufacturing a compound semiconductor device, first, undoped-AlGaAs is epitaxially grown on the semi-insulating GaAs substrate 2 by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) to form the buffer layer 3 (FIG. 2 ( a)).

次に、バッファー層3の上層に、例えばMOCVD法によりundoped−InGaAsをエピタキシャル成長させ、チャネル層4を形成する(図2(a)参照)。   Next, on the upper layer of the buffer layer 3, undoped-InGaAs is epitaxially grown by, for example, the MOCVD method to form the channel layer 4 (see FIG. 2A).

更に、チャネル層4の上層に、例えばMOCVD法によりエピタキシャル成長させ、undoped−AlGaAs層、n−AlGaAs層及びundoped−AlGaAs層の積層であるバリア層5を形成する(図2(a)参照)。   Further, epitaxial growth is performed on the channel layer 4 by, for example, MOCVD to form a barrier layer 5 that is a stacked layer of an undoped-AlGaAs layer, an n-AlGaAs layer, and an undoped-AlGaAs layer (see FIG. 2A).

次に、バリア層5の上層に、n型不純物としてSiを低濃度に含有するGaAsを例えばMOCVD法により厚さ50nm程度エピタキシャル成長させ、n-GaAs層6を形成する(図2(a)参照)。n-GaAs層のn型不純物濃度は例えば、1×1017〜5×1017/cm3とする。 Next, GaAs containing n-type impurities at a low concentration as an n-type impurity is epitaxially grown on the upper layer of the barrier layer 5 by, for example, the MOCVD method to form an n GaAs layer 6 (see FIG. 2A). . n - n-type impurity concentration of the GaAs layer, for example, to 1 × 10 17 ~5 × 10 17 / cm 3.

続いて、n-GaAs層6の上層に、n型不純物としてSiを高濃度に含有するGaAsを例えばMOCVD法により厚さ80nm程度にエピタキシャル成長させ、n+GaAs層7を形成する(図2(a)参照)。n+GaAs層のn型不純物濃度は例えば、6×1018/cm3とする。 Subsequently, on the upper layer of the n GaAs layer 6, GaAs containing Si as a high concentration as an n-type impurity is epitaxially grown to a thickness of about 80 nm by MOCVD, for example, to form an n + GaAs layer 7 (FIG. 2A). )reference). The n-type impurity concentration of the n + GaAs layer is, for example, 6 × 10 18 / cm 3 .

次に、n+GaAs層7上にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、汎用のフォトリソグラフィー工程によりフォトレジストの露光及び現像を行って、パターンエッチングを行い、不要な部分のn+GaAs層7を除去する。その後、例えばプラズマアッシングによりレジストマスクを除去する(図2(b)参照)。なお、エッチングとしては主にウェットエッチングが用いられる。 Next, a photoresist (not shown) is applied on the n + GaAs layer 7, the photoresist is exposed and developed by a general-purpose photolithography process, pattern etching is performed, and an unnecessary portion of the n + GaAs layer is formed. 7 is removed. Thereafter, the resist mask is removed by, for example, plasma ashing (see FIG. 2B). As the etching, wet etching is mainly used.

さらに、汎用のフォトリソグラフィー工程によりフォトレジストの露光及び現像を行って、パターンエッチングを行い、不要な部分のn-GaAs層6を除去する。その後、例えばプラズマアッシングによりレジストマスクを除去する(図2(b)参照)。なお、エッチングとしては主にウェットエッチングが用いられる。 Further, the photoresist is exposed and developed by a general-purpose photolithography process, pattern etching is performed, and an unnecessary portion of the n GaAs layer 6 is removed. Thereafter, the resist mask is removed by, for example, plasma ashing (see FIG. 2B). As the etching, wet etching is mainly used.

次に、図2(c)で示す様に、基板全面に例えばプラズマCVD法によりシリコン酸化膜を例えば300nm堆積させ、パッシベーション膜12を形成する。   Next, as shown in FIG. 2C, a passivation film 12 is formed by depositing a silicon oxide film of, eg, 300 nm on the entire surface of the substrate by, eg, plasma CVD.

次に、n-GaAs層上にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、汎用のフォトリソグラフィー工程によりフォトレジストの露光及び現像を行って、素子分離領域の形成領域に開口を有するレジストマスクを形成し、p型不純物として例えばホウ素をイオン注入することによって、素子分離領域15,16を形成する。その後、例えばプラズマアッシングによりレジストマスクを除去する(図2(d)参照)。 Next, a photoresist (not shown) is applied on the n GaAs layer, and the photoresist is exposed and developed by a general-purpose photolithography process to form a resist mask having an opening in an element isolation region formation region. Then, element isolation regions 15 and 16 are formed by ion implantation of boron as a p-type impurity, for example. Thereafter, the resist mask is removed by, for example, plasma ashing (see FIG. 2D).

次に、パッシベーション膜12上にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、汎用のフォトリソグラフィー工程によりフォトレジストの露光及び現像を行って、エミッタ電極形成領域及びコレクタ電極形成領域に開口を有するレジストマスクを形成する。   Next, a photoresist (not shown) is applied on the passivation film 12, and the photoresist is exposed and developed by a general-purpose photolithography process, and a resist mask having openings in the emitter electrode formation region and the collector electrode formation region. Form.

続いて、例えばCF4系のガスを用いた反応性イオンエッチングにより、パッシベーション膜12に異方性エッチングを行う。 Subsequently, anisotropic etching is performed on the passivation film 12 by, for example, reactive ion etching using a CF 4 gas.

その後、例えばプラズマアッシングによりレジストマスクを除去することにより、図3(e)で示す様に、パッシベーション膜12のエミッタ電極形成領域及びコレクタ電極形成領域にコンタクトホール10,11を形成する。   Thereafter, the resist mask is removed by, for example, plasma ashing to form contact holes 10 and 11 in the emitter electrode formation region and the collector electrode formation region of the passivation film 12 as shown in FIG.

次に、パッシベーション膜12に形成したコンタクトホール10,11を介して、n-GaAs層6にp型不純物として例えばZnを600℃程度で気相拡散させ、n+GaAs層7を挟む位置に、p型エミッタ領域8及びp型コレクタ領域9を形成する(図3(f)参照)。なお、p型エミッタ領域及びp型コレクタ領域がn+GaAs層7まで及んだ場合には、リーク電流を抑制することができないために、n+GaAs層7はp型エミッタ領域及びp型コレクタ領域から離隔して形成し、p型エミッタ領域及びp型コレクタ領域は、n-GaAs層内で形成する。 Next, for example, Zn as a p-type impurity is vapor-phase diffused at about 600 ° C. in the n GaAs layer 6 through the contact holes 10 and 11 formed in the passivation film 12, and the n + GaAs layer 7 is sandwiched between A p-type emitter region 8 and a p-type collector region 9 are formed (see FIG. 3F). Note that when the p-type emitter region and the p-type collector region extend to the n + GaAs layer 7, the leak current cannot be suppressed, so that the n + GaAs layer 7 has the p-type emitter region and the p-type collector. The p-type emitter region and the p-type collector region are formed in the n GaAs layer.

続いて、例えば、電子ビーム蒸着法により基板全面にTi、Pt及びAuの積層膜を形成し、その後、この積層膜をエッチングしてエミッタ電極13及びコレクタ電極14を形成することによって、図3(g)で示す様な保護素子を備えた化合物半導体装置を得ることができる。   Subsequently, for example, a laminated film of Ti, Pt, and Au is formed on the entire surface of the substrate by, for example, an electron beam evaporation method, and then the laminated film is etched to form the emitter electrode 13 and the collector electrode 14, thereby obtaining FIG. A compound semiconductor device provided with a protective element as shown in g) can be obtained.

なお、上記の実施例では、GaAs基板上にエピタキシャル成長により形成される保護素子について説明を行ったが、保護素子の製造方法はエピタキシャル成長に限定されるものでは無く、例えば、GaAs基板にイオン注入を行うことによって保護素子を形成しても良い。   In the above embodiment, the protection element formed by epitaxial growth on the GaAs substrate has been described. However, the manufacturing method of the protection element is not limited to epitaxial growth, and, for example, ion implantation is performed on the GaAs substrate. Thus, a protective element may be formed.

上記した本発明を適用した保護素子を備えた化合物半導体装置では、p型エミッタ領域及びp型コレクタ領域をSiのドーピング濃度が小さいn-GaAs層に形成しているために、通常動作時にはn-GaAs層のみに電流が流れることとなり、リーク電流を抑制することができる。 A compound semiconductor device having a protective element of the present invention described above, the p-type emitter region and the p-type collector region doping concentration of Si is smaller the n - for forming the GaAs layer, in the normal operation n - Current flows only in the GaAs layer, and leakage current can be suppressed.

また、サージが入った場合には、n-GaAs層のみならず、n-GaAs層とその直上にあるn+GaAs層の2層を使ってサージを逃がすことができるために、サージ耐性の向上を図ることができる。 In addition, when a surge occurs, not only the n GaAs layer but also the n GaAs layer and the n + GaAs layer immediately above it can be used to release the surge, improving surge resistance. Can be achieved.

しかも、高濃度のn+GaAs層がn-GaAs層の上層にあることから、n+GaAs層のドーパント(Si)がn-GaAs層の下層に拡散することがなく、電界効果トランジスタなどの他の素子に影響を及ぼすことを回避することができる。 Moreover, since the high-concentration n + GaAs layer is on the upper layer of the n GaAs layer, the dopant (Si) of the n + GaAs layer does not diffuse into the lower layer of the n GaAs layer. It is possible to avoid affecting the elements.

さらに、n+GaAs層のドーパントがn-GaAs層に拡散することからn-GaAs層の許容電流量を向上させることができる。 Additionally, the dopant of n + GaAs layer is n - n from being diffused into the GaAs layer - it is possible to improve the allowable current amount of the GaAs layer.

本発明を適用した保護素子を備えた化合物半導体装置を説明するための模式的な断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the compound semiconductor device provided with the protection element to which this invention is applied. 化合物半導体装置の製造方法を説明するための模式図(1)である。It is a schematic diagram (1) for demonstrating the manufacturing method of a compound semiconductor device. 化合物半導体装置の製造方法を説明するための模式図(2)である。It is a schematic diagram (2) for demonstrating the manufacturing method of a compound semiconductor device. 従来の保護素子を備える化合物半導体装置を説明するための模式的な断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the compound semiconductor device provided with the conventional protective element.

符号の説明Explanation of symbols

1 化合物半導体装置
2 半絶縁性GaAs基板
3 バッファー層
4 チャネル層
5 バリア層
6 n-GaAs層
7 n+GaAs層
8 p型エミッタ領域
9 p型コレクタ領域
10,11 コンタクトホール
12 パッシベーション膜
13 エミッタ電極
14 コレクタ電極
15,16 素子分離領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compound semiconductor device 2 Semi-insulating GaAs substrate 3 Buffer layer 4 Channel layer 5 Barrier layer 6 n GaAs layer 7 n + GaAs layer 8 p-type emitter region 9 p-type collector region 10, 11 Contact hole 12 Passivation film 13 Emitter electrode 14 Collector electrodes 15 and 16 Element isolation region

Claims (3)

第1導電型の第1導電体層と、前記第1導電体層に形成され、前記第1導電体層とpn接合をなす一対の第2導電型の第2導電体層と、を備える保護素子において、
前記第1導電体層上であって、かつ前記第2導電体層間に、前記第1導電体層よりも担体濃度が大きい第1導電型の第3導電体層を設けたことを特徴とする保護素子。
A protection comprising a first conductor layer of a first conductivity type and a pair of second conductor layers of a second conductivity type formed on the first conductor layer and forming a pn junction with the first conductor layer. In the element
A first conductive type third conductive layer having a carrier concentration higher than that of the first conductive layer is provided on the first conductive layer and between the second conductive layers. Protective element.
基板上に第1導電型の第1導電体層を形成する工程と、
前記第1導電体層上に、前記第1導電体層よりも担体濃度が大きい第1導電型の第3導電体層を所定形状に形成する工程と、
前記第3導電体層を挟む位置であって前記第1導電体層に、前記第1導電体層とpn接合をなす第2導電型の第2導電体層を形成する工程と、
を有する保護素子の製造方法。
Forming a first conductive layer of a first conductivity type on a substrate;
Forming a first conductive type third conductor layer having a higher carrier concentration than the first conductor layer in a predetermined shape on the first conductor layer;
Forming a second conductive type second conductive layer that forms a pn junction with the first conductive layer on the first conductive layer at a position sandwiching the third conductive layer;
The manufacturing method of the protection element which has this.
化合物半導体層を有する基板と、この基板上若しくはこの基板内に形成された第1導電型の第1導電体層と、前記第1導電体層に形成され、前記第1導電体層とpn接合をなす一対の第2導電型の第2導電体層と、を備える化合物半導体装置において、
前記第1導電体層上であって、かつ前記第2導電体層間に、前記第1導電体層よりも担体濃度が大きい第1導電型の第3導電体層を設けた
ことを特徴とする化合物半導体装置。
A substrate having a compound semiconductor layer, a first conductor layer of a first conductivity type formed on or in the substrate, and a pn junction formed on the first conductor layer In a compound semiconductor device comprising a pair of second conductor layers of the second conductivity type forming
A third conductive layer of the first conductivity type having a higher carrier concentration than the first conductive layer is provided on the first conductive layer and between the second conductive layers. Compound semiconductor device.
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