JP2553723B2 - 化合物半導体集積回路装置 - Google Patents

化合物半導体集積回路装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は化合物半導体集積回路装置に関し、特にそ
の内部に作り込まれた素子と素子の間の素子間分離特性
の改善に関するものである。
〔従来の技術〕
以下、GaAs集積回路装置(以下、GaAsICと略す)を例
に、本発明の従来例について説明する。
第5図は従来のGaAsICの一例を素子間を中心として示
した断面図である。図において、1は半絶縁性GaAs基
板、2はこの半絶縁性GaAs基板1上へのエピタキシャル
成長などにより形成されたn型GaAs層、16は素子間の分
離のためにn型GaAs層2と半絶縁性GaAs基板1中に形成
された水素イオン注入領域、5,6はGaAsIC中に作り込ま
れた電界効果トランジスタ(以下、FETと略す)、7,10
はそれぞれFET5,6のソース電極、8,11はそれぞれFET5,6
のゲート電極、9,12はそれぞれFET5,6のドレイン電極で
ある。
また第6図は第5図に示したGaAsICを製造するための
製造フローの一例を、素子間を中心として示した断面図
である。以下、第6図を用いて製造フローについて説明
する。
まず、第6図(a)に示すように半絶縁性GaAs基板1
上にエピタキシャル成長等によりn型GaAs層(n層)2
を形成する。
次に第6図(b)に示すように素子5と素子6(この
場合はFET)の間に所望量の水素イオンを注入し、水素
イオン注入領域16を形成する。この水素イオン注入領域
16中にはイオン注入によりキャリアの捕獲中心が形成さ
れるためにn型GaAs層2は高抵抗化し、半絶縁層(i
層)となりこれにより素子間分離が図れる。
さらにFET部5,6にそれぞれソース電極7,10、ゲート電
極8,11、ドレイン電極9,12を形成し、これらに配線を行
うことによりGaAsICを完成する。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のGaAsICは以上のような製造フローで素子間分離
が成される。第3図の曲線13はこの場合の素子間の電圧
−電流特性の一例を示しており、素子間電圧がVTF1(ト
ラップフィル電圧と呼ばれる)以下ではオーム性の電流
が流れ、素子間抵抗が高いが、VTF1以上の素子間電圧で
は急激に電流が増加して素子間抵抗は急激に低下し、リ
ーク電流が大きくなってしまう。
また、このような素子間にVTF1以上の電圧をかけた場
合には、半絶縁性基板が得られる化合物半導体特有の現
象として、n−i−n構造のブレークダウンによるバッ
クゲート効果と呼ばれる現象が生じ、分離されている素
子が相互に影響を与え合い、素子特性が低下してしま
う。
また、さらに上述したトラップフィル電圧VTF1とオー
ム性領域での抵抗との間には、一般的に第9図に示すよ
うに負の相関があり、水素イオン注入条件を調整するこ
とにより、オーム性領域の抵抗を上げると、VTF1が低下
してバックゲート効果が生じやすくなり、両者をともに
良好な値に保つことができない。
このように、従来の化合物半導体集積回路装置では素
子間抵抗とトラップフィル電圧を両方高く保つことがで
きないため、リーク電流が大きい、あるいはブレークダ
ウンにより素子が相互に影響し合って素子特性が低下す
るという問題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、素子間抵抗とトラップフィル電圧の両方を
ともに高く保持できる構造を有する化合物半導体集積回
路装置を提供することを目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
この発明に係る化合物半導体集積回路装置は、半絶縁
性化合物半導体基板の素子間分離領域に、キャリア捕獲
準位を形成する不純物イオンが注入された領域が形成さ
れ、かつ、該領域は少なくとも低濃度に上記不純物を含
む第1の領域と、第1の領域よりも高濃度に上記不純物
を含む第2の領域とを含み、さらに、上記第1の領域と
上記第2の領域がウエハ面上で横方向に配置されるよう
にしたことを特徴とするものである。
〔作用〕
この発明においては半絶縁性化合物半導体基板の素子
間分離領域内に、キャリア捕獲準位を形成するための不
純物イオンを選択的に注入し、該不純物イオンが低濃度
に含まれる領域と、高濃度に含まれる領域とを、これら
の領域がウエハ面上で横方向に配置されるように形成し
たので、低濃度不純物領域では素子間抵抗を高くでき、
また、高濃度不純物領域ではトラップフィル電圧を高く
保持することができ、素子間抵抗とトラップフィル電圧
の両方をともに高くできる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図は本発明の第1の実施例による化合物半導体集
積回路を素子間を中心として示した断面図である。図に
おいて、第5図と同一符号は同一部分を示し、3a,3bは
それぞれ素子間分離領域内の素子形成側に隣接して形成
された低濃度不純物注入領域、4は低濃度不純物注入領
域3a,3b間に形成された高濃度不純物注入領域である。
また、第2図は第1図に示したGaAsICを製造するため
の製造フローの一例を素子間を中心として示した断面図
であり、以下、第2図を用いて製造フローについて順に
説明する。
まず、第2図(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板
1上にイオン注入法,エピタキシャル成長等の方法によ
り、例えば1×1017〜2×1018cm-3のキャリア濃度を有
するn型GaAs層(n層)2を形成する。
次に第2図(b)に示すように、後の工程で形成する
FET5とFET6の間に、素子間抵抗が最大となるような条件
で、注入によりキャリア捕獲準位を形成する絶縁性の不
純物、例えば水素,ホウ素,酸素等を注入し、低濃度不
純物注入領域3を形成する。ここで、素子間抵抗が最大
となる注入条件を決定するに際し、その参考となる図を
以下に示す。
即ち、第7図にn層2のキャリア濃度が3.5×1017cm
-3の場合の注入ホウ素濃度(B濃度,cm-3)とアイソレ
ーション抵抗(Ω・cm)との関係、また、第8図にn層
2のキャリア濃度(cm-3)と最適注入ホウ素濃度(c
m-3)との関係を示す。第7図から判るように、低濃度
の注入領域では注入によりキャリアの捕獲中心が形成さ
れるため注入濃度に比例してn層は高抵抗化されるが、
ある濃度を越えるとホッピング伝導が生じて抵抗は低下
する。通常のIC用として使用される1×1017〜1×1019
cm-3程度にキャリア濃度を有するものであれば、i層3
の高抵抗化のためにはホウ素濃度を1×1015〜1×1017
cm-3程度に形成するとよく、例えば、n層のキャリア濃
度が3.5×1017cm-3の場合には.ホウ素濃度を1×1016c
m-3前後に設定するとi層3を有効に高抵抗化できる。
なお、第7図に示す注入ホウ素濃度とアイソレーション
抵抗との関係はn層2のキャリア濃度によってそれぞれ
異なるため、第8図からキャリア濃度に応じた最適注入
ホウ素濃度を決めるとよい。なお、上記実施例ではホウ
素を注入するようにしたが、従来例と同様にi層の高抵
抗化に際して水素を注入する場合には、通常のICでは注
入量として1013〜1014cm-2程度,注入濃度としては1017
〜1019cm-3程度に設定するとよい。さらに、第2図
(c)に示すように、低濃度不純物注入領域3内の中央
部のみに、さらに不純物の注入を行い、高濃度不純物注
入領域4を形成する。本工程における不純物注入量とし
ては、例えば、ホウ素イオンでは注入濃度を1×1017
1×1019cm-3程度、水素イオンでは注入量として1014
1016cm-2程度,低入濃度として1019〜1021cm-3程度とす
る。この高濃度不純物注入領域4では上述したようにホ
ッピング伝導が生ずるために抵抗は下がるが、第9図に
示すように素子抵抗とトラップフィル電圧VTFが反比例
の関係にあることから、トラップフィル電圧を上げるこ
とができる。第3図の曲線14はこの高濃度注入領域4に
対応した注入濃度を有する素子間分離領域の電圧−電流
特性を示すもので、オーム性領域での抵抗は下がるが、
トラップフィル電圧VTF2は上がることを示している。
そして高濃度注入領域4を形成した後、第2図(d)
に示すようにFET形成部5,6にそれぞれソース電極7,10、
ゲート電極8,11、ドレイン電極9,12をそれぞれ形成し、
配線を行うことによりGaAsICを完成する。
この発明に係る化合物半導体集積回路装置では、上述
のように、素子間分離領域に素子間抵抗を高く保つため
の低濃度不純物領域とトラップフィル電圧を高く保つた
めの高濃度不純物領域とを有しているので、素子間のリ
ーク電流,及び素子間の相互の影響を低減でき、n層2
に挟まれた素子分離領域i層においてn−i−n間の絶
縁抵抗,及び耐圧を向上することができる。
なお、上記実施例では素子間分離領域に2種の不純物
濃度領域を有する場合について説明したが2種以上の不
純物濃度領域を有する場合でも不純物濃度を適当に選ぶ
ことにより上記実施例と同様の効果を奏する。即ち、第
4図は本発明の第2の実施例による化合物半導体集積回
路装置を素子間を中心として示した断面図である。図に
おいて、第1図と同一符号は同一部分を示し、15は数段
階に分けて水素イオン,ホウ素イオン等の不純物を注入
して形成した濃度勾配を有する領域である。
この場合も濃度勾配領域15において、素子間抵抗を高
くするための低い不純物濃度を有する領域3a,3bとトラ
ップフィル電圧を高くするための高い不純物濃度を有す
る領域4とを有しているので、素子間のリーク電流を少
なく、しかも素子間の相互の影響も少なくできる。
なお、以上の実施例では素子分離領域内で、素子FET
5,6形成側にそれぞれ低不純物濃度領域3a,3bを形成し、
これらの領域間に高不純物濃度領域4を形成したが、低
不純物濃度領域3a,3b、高不純物濃度領域4の配置はこ
れに限定されるものではなく、例えば、この逆のFET5,6
形成側にそれぞれ高不純物濃度領域を設け、その中間に
低不純物濃度領域を配置してもよく、またさらには素子
分離領域内に高不純物濃度領域と低不純物濃度領域とを
1つずつ形成してもよい。要するに本発明は、素子分離
領域内に、少なくとも、素子間抵抗を高くするための低
い不純物濃度を有する領域と、トラップフィル電圧を高
くするための高い不純物濃度を有する領域とを有してい
ればよく、その構造は以上の実施例に限定されるもので
はない。
また、以上の実施例では素子分離領域に注入する注入
不純物として、水素イオン,ホウ素イオン,酸素イオン
等を示したが、これは注入によりキャリア捕獲準位を形
成でき、これにより高抵抗層あるいは半絶縁層(i層)
を形成することが可能なものであれば他のものでもよ
い。
また、以上の実施例ではGaAsICについて説明したが、
これはAlGaAs,InP等の他の半絶縁性化合物半導体材料を
用いて形成したものでもよく、その場合においても以上
の実施例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明においては、半絶縁性化合物半
導体基板の素子間分離領域内に、キャリア捕獲準位を形
成するための不純物イオンを選択的に注入し、該不純物
イオンが低濃度に含まれる領域と、高濃度に含まれる領
域とを、これらの領域がウエハ面上で横方向に配置され
るように形成したので、低濃度不純物領域では素子間抵
抗を高くでき、また、高濃度不純物領域ではトラップフ
ィル電圧を高く保持することができるから、素子間抵抗
とトラップフィル電圧の両方を高く保つことができ、素
子間のリーク電流も少なく、素子間の相互の影響も少な
い高性能のものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例による化合物半導体集積
回路装置を素子間を中心として示した断面図、第2図は
第1図に示した化合物半導体集積回路装置を製造するた
めの製造フローを示す断面図、第3図は水素注入領域の
電圧−電流特性を示す図、第4図は本発明の第2の実施
例による化合物半導体集積回路装置を素子間を中心とし
て示した断面図、第5図は従来の化合物半導体集積回路
装置を素子間を中心として示した断面図、第6図は第5
図に示した化合物半導体集積回路装置を製造するための
製造フローを示す断面図、第7図はホウ素注入濃度とア
イソレーション抵抗との関係を示す図、第8図はn層の
キャリア濃度と最適注入ホウ素濃度との関係を示す図、
第9図はトラップフィル電圧VTFとオーミック領域での
抵抗との関係を示す図である。 図において、1は半絶縁性GaAs基板、2はn型GaAs層、
3は低濃度不純物注入領域、4は高濃度不純物注入領
域、5,6は電界効果トランジスタ、7,10はソース電極、
8,11はゲート電極、9,12はドレイン電極、13は低濃度不
純物注入領域の電圧−電流特性曲線、14は高濃度不純物
注入領域の電圧−電流特性曲線、15は注入不純物の濃度
勾配を有する領域である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化合物半導体集積回路装置において、 半絶縁性化合物半導体基板上の素子間分離領域内に、キ
    ャリアの捕獲準位を形成するための不純物が注入された
    領域が形成され、 該領域は、少なくとも上記不純物の注入濃度が低い第1
    の領域と、上記不純物の注入濃度が高い第2の領域とを
    含み、 さらに、上記第1の領域と上記第2の領域とはウエハ面
    上で横方向に配置されていることを特徴とする化合物半
    導体集積回路装置。
JP1337844A 1989-12-25 1989-12-25 化合物半導体集積回路装置 Expired - Lifetime JP2553723B2 (ja)

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