JP2691572B2 - Method for manufacturing compound semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing compound semiconductor device

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JP2691572B2
JP2691572B2 JP20265088A JP20265088A JP2691572B2 JP 2691572 B2 JP2691572 B2 JP 2691572B2 JP 20265088 A JP20265088 A JP 20265088A JP 20265088 A JP20265088 A JP 20265088A JP 2691572 B2 JP2691572 B2 JP 2691572B2
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 例えば選択ドーピング技術を利用することで生成され
る二次元電子ガス層をチャネルとする化合物半導体装置
を製造する方法の改良に関し、 横方向は勿論のこと、縦方向に於いても基板と能動領
域との電気的分離を行って、近接する半導体装置間の電
気的な干渉が発生するのを防止して集積度の向上を可能
にすることを目的とし、 半絶縁性化合物半導体基板表面に後に成長される同種
の化合物半導体層(或いはアルミニウム含有化合物半導
体層)に比較し砒素を過剰に供給した状態で全面に高抵
抗の砒素含有化合物半導体層間分離層(或いはアルミニ
ウム及び砒素含有化合物半導体層間分離層)を成長する
工程と、次いで、該砒素含有化合物半導体層間分離層
(或いはアルミニウム及び砒素含有化合物半導体層間分
離層)上に能動層など必要な化合物半導体層を成長させ
る工程と、次いで、該化合物半導体層表面から選択的に
酸素イオンを注入して前記砒素含有化合物半導体層間分
離層(或いはアルミニウム及び砒素含有化合物半導体層
間分離層)に達する高抵抗の素子間分離層を形成する工
程とを含んでなるように構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] The present invention relates to an improvement in a method of manufacturing a compound semiconductor device having a channel of a two-dimensional electron gas layer generated by using, for example, a selective doping technique. In the same direction, the electrical isolation between the substrate and the active region is performed to prevent the occurrence of electrical interference between adjacent semiconductor devices and to improve the degree of integration. An arsenic-containing compound semiconductor interlayer separation layer (or aluminum) having a high resistance over the entire surface in a state where arsenic is excessively supplied as compared with a compound semiconductor layer of the same type (or an aluminum-containing compound semiconductor layer) that is subsequently grown on the surface of an insulating compound semiconductor substrate. And a step of growing an arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer, and then the arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer (or aluminum and arsenic-containing compound semiconductor). A step of growing a necessary compound semiconductor layer such as an active layer on the interlayer isolation layer), and then selectively implanting oxygen ions from the surface of the compound semiconductor layer to form the arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer (or aluminum and arsenic). And a step of forming a high-resistance element isolation layer reaching the contained compound semiconductor interlayer isolation layer).

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、例えば選択ドーピング技術を利用すること
で生成される二次元電子ガス層をチャネルとする化合物
半導体装置を製造する方法の改良に関する。
The present invention relates to an improvement in a method of manufacturing a compound semiconductor device having a channel of a two-dimensional electron gas layer generated by using, for example, a selective doping technique.

半導体装置の動作速度を向上する為、GaAs系など化合
物半導体の実用化が進められ、また、不純物ドーピング
領域とキャリア移動領域とを空間的に分離する、所謂、
選択ドーピング技術を適用し、生成される二次元状態の
電子をキャリヤとする高電子移動度電界効果トランジス
タ(high electron mobility transistor:HEMT)などの
半導体装置が開発されている。
In order to improve the operation speed of a semiconductor device, a compound semiconductor such as a GaAs-based semiconductor is put into practical use, and a so-called
A semiconductor device such as a high electron mobility field effect transistor (HEMT) that uses generated electrons in a two-dimensional state as a carrier by applying a selective doping technique has been developed.

このような半導体装置も、高集積化されるに及んで、
近接する半導体装置間の電気的干渉が発生し、相互の半
導体装置が動作不良となってしまうことが問題になりつ
つある。
As such a semiconductor device is highly integrated,
It is becoming a problem that electrical interference occurs between adjacent semiconductor devices, resulting in malfunction of the mutual semiconductor devices.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

前記種類の半導体装置を製造する従来の方法に於いて
は、近接する半導体装置間を分離する手段として、 (1) 半導体装置間をエッチングして削り落とし、空
隙を形成する(リセス法) (2) 半導体装置間にイオン注入法で酸素を打ち込
み、高抵抗領域を形成する(酸素注入法) などが行われている。
In the conventional method of manufacturing a semiconductor device of the type described above, as means for separating adjacent semiconductor devices, (1) etching between semiconductor devices to scrape off them to form a void (recess method) (2) ) Oxygen is implanted between semiconductor devices by an ion implantation method to form a high resistance region (oxygen implantation method).

(1)のリセス法に依った場合、半導体装置間の電極
・配線を形成するのに空隙を通過する必要があることか
ら製造上の困難性がある。然しながら、(2)の酸素注
入法は高集積化に有効であるところから現在多用されて
いる。
When the recess method of (1) is used, there is a manufacturing difficulty because it is necessary to pass through a void to form an electrode / wiring between semiconductor devices. However, the oxygen implantation method (2) is currently widely used because it is effective for high integration.

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

従来の技術では、前記したように、半導体装置間の電
気的分離には主として横方向について考慮されていて、
基板と素子間、即ち、縦方向については充分な対策は施
されていない。
In the conventional technique, as described above, the electrical isolation between the semiconductor devices is mainly considered in the lateral direction,
Sufficient measures have not been taken between the substrate and the element, that is, in the vertical direction.

然しながら、近年、基板として多用されている例えば
半絶縁性GaAs基板、ノン・ドープGaAsバッフア層、基板
とエピタキシャル成長半導体結晶層との界面に介挿され
る界面層なども近接する半導体装置間の電気的な干渉の
原因になることが判ってきた。
However, in recent years, for example, a semi-insulating GaAs substrate, a non-doped GaAs buffer layer, an interface layer inserted at the interface between the substrate and an epitaxially grown semiconductor crystal layer, which are often used as a substrate, are also used as electrical contacts between adjacent semiconductor devices. It has become clear that it causes interference.

現在、例えば、半絶縁性GaAs基板としては、ノン・ド
ープの状態にCr−Oをドーピングして抵抗率を107〔Ω
・cm〕以上とされているに過ぎず、また、バッファ層と
してAlGaAs層を使用する試みもなされてはいるが、高集
積化する場合の電気的分離手段としては不充分である。
At present, for example, as a semi-insulating GaAs substrate, Cr-O is doped in a non-doped state to have a resistivity of 10 7 [Ω].
.Cm] or more, and attempts have been made to use an AlGaAs layer as a buffer layer, but it is not sufficient as an electrical isolation means for high integration.

本発明は、横方向は勿論のこと、縦方向に於いても基
板と能動領域との電気的分離を行って、近接する半導体
装置間の電気的な干渉が発生するのを防止して集積度の
向上を可能とする。
According to the present invention, the substrate and the active region are electrically separated not only in the horizontal direction but also in the vertical direction to prevent the occurrence of electrical interference between the adjacent semiconductor devices and to improve the integration degree. It is possible to improve.

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

例えば、分子線エピタキシャル成長(molecular beam
epitaxy:MBE)法を適用してGaAsをエピタキシャル成長
させる際、As分子線を過剰に照射するとGaAs結晶の格子
間にAs原子が取り込まれて格子欠陥が生成される。この
格子欠陥は、GaAs結晶中に深い準位の電子トラップを生
成するのでGaAs結晶は高抵抗化する。
For example, molecular beam epitaxial growth
When GaAs is epitaxially grown by applying the epitaxy: MBE method, excessive irradiation with As molecular beam causes As atoms to be incorporated into the lattice of the GaAs crystal to generate lattice defects. These lattice defects generate deep level electron traps in the GaAs crystal, and the GaAs crystal has a high resistance.

本発明に於いては、この現象を利用して半絶縁性化合
物半導体基板と化合物半導体層との間の層間分離を行
う。
In the present invention, this phenomenon is utilized to perform interlayer separation between the semi-insulating compound semiconductor substrate and the compound semiconductor layer.

第1図は本発明の原理を説明する為の半導体装置(HE
MT)の要部切断側面図を表している。
FIG. 1 is a semiconductor device for explaining the principle of the present invention (HE
It shows a side view of the main part of the MT).

図に於いて、1は半絶縁性GaAs基板、2は高抵抗化さ
れたノン・ドープGaAs層間分離層、3はノン・ドープGa
As能動層、4はSiをドーピングしたAlGaAs電子供給層、
5はSiをドーピングしたGaAsコンタクト層、6は二次元
電子ガス層、7は酸素を注入して形成した素子間分離
層、8S1並びに8S2はソース電極、8G1並びに8G2はゲート
電極、8D1並びに8D2はドレイン電極、10は合金化領域を
それぞれ示している。
In the figure, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is a high resistance non-doped GaAs interlayer isolation layer, and 3 is non-doped Ga.
As active layer, 4 is Si-doped AlGaAs electron supply layer,
5 is a GaAs contact layer doped with Si, 6 is a two-dimensional electron gas layer, 7 is an element isolation layer formed by injecting oxygen, 8 S1 and 8 S2 are source electrodes, 8 G1 and 8 G2 are gate electrodes, 8 D1 and 8 D2 are drain electrodes, and 10 is an alloyed region.

この半導体装置を製造する場合、半絶縁性GaAs基板1
の表面にAs分子線を過剰に照射して高抵抗のGaAs層間分
離層2を成長させ、その上にノン・ドープGaAs能動層
3、n+型AlGaAs電子供給層4、n+型GaAsコンタクト層5
などを順に成長させるようにし、その後、酸素を選択的
に注入して素子間分離層7を形成するようにしている。
When manufacturing this semiconductor device, a semi-insulating GaAs substrate 1
The surface of the substrate is excessively irradiated with As molecular beams to grow a high-resistance GaAs interlayer isolation layer 2, and a non-doped GaAs active layer 3, an n + type AlGaAs electron supply layer 4, and an n + type GaAs contact layer are formed thereon. 5
Are sequentially grown, and then oxygen is selectively injected to form the element isolation layer 7.

このようにすることで、完成されたHEMTは、それぞれ
が高抵抗化された層で囲まれた状態にあるので、それ等
に電気的な干渉が発生することはなくなる。
By doing so, the completed HEMTs are in a state of being surrounded by layers each having a high resistance, so that electrical interference does not occur in them.

前記したようなことから、本発明に依る化合物半導体
装置を製造する方法においては、半絶縁性化合物半導体
基板(例えば半絶縁性GaAs基板1)表面に後に成長され
る同種の化合物半導体層或いはアルミニウム含有化合物
半導体層(例えばノン・ドープGaAs能動層3或いはn+
AlGaAs電子供給層4)に比較し砒素を過剰に供給した状
態で全面に高抵抗の砒素含有化合物半導体層間分離層或
いはアルミニウム及び砒素含有化合物半導体層間分離層
(例えばノン・ドープGaAs層間分離層2或いはノン・ド
ープAlGaAs層間分離層2′)を成長する工程と、次い
で、該砒素含有化合物半導体層間分離層或いはアルミニ
ウム及び砒素含有化合物半導体層間分離層上に能動層な
ど必要な化合物半導体層を成長させる工程と、次いで、
該化合物半導体層表面から選択的に酸素イオンを注入し
て前記砒素含有化合物半導体層間分離層或いはアルミニ
ウム及び砒素含有化合物半導体層間分離層に達する高抵
抗の素子間分離層(例えば酸素を注入して形成した素子
間分離層7)を形成する工程とを含んでいる。
From the above, in the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the present invention, the compound semiconductor layer of the same kind or aluminium-containing compound which is subsequently grown on the surface of the semi-insulating compound semiconductor substrate (for example, the semi-insulating GaAs substrate 1). Compound semiconductor layer (eg non-doped GaAs active layer 3 or n + type)
High resistance arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer or aluminum and arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer (for example, non-doped GaAs interlayer isolation layer 2 or A step of growing a non-doped AlGaAs interlayer isolation layer 2 ') and a step of growing a necessary compound semiconductor layer such as an active layer on the arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer or the aluminum and arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer. And then
Oxygen ions are selectively implanted from the surface of the compound semiconductor layer to reach the arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer or the aluminum and arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer (for example, oxygen is implanted to form the element isolation layer). And the step of forming the inter-element isolation layer 7).

〔作用〕[Action]

前記手段を採ることに依り、半絶縁性化合物半導体基
板の影響が半導体装置に及ぶことは少なくなり、横方向
は勿論、縦方向に於いても基板と能動領域との電気的分
離が行われるので、素子間の電気的干渉は殆どなくな
り、高集積化しても性能の劣化は発生しない。
By adopting the above means, the influence of the semi-insulating compound semiconductor substrate is less likely to affect the semiconductor device, and the substrate and the active region are electrically separated not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. The electrical interference between the elements is almost eliminated, and the performance is not deteriorated even with high integration.

〔実施例〕〔Example〕

本発明一実施例を説明するに先立ち、それに適用する
のに好適なMBE装置について説明する。
Prior to describing one embodiment of the present invention, an MBE device suitable for application thereto will be described.

第2図は本発明を実施する場合に用いるMBE装置の一
例を解説する為の要部説明図を表し、第1図に於いて用
いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持
つものとする。
FIG. 2 is an explanatory view of the main parts for explaining an example of an MBE device used when implementing the present invention. The same symbols as those used in FIG. 1 indicate the same parts or have the same meanings. I have it.

図に於いて、11は結晶成長室、12はゲート・バルブ、
13はヒータ、14は熱電対、15はサセプタ、16は液体窒素
シュラウド、17AはGaの分子線源ファーネス、17BはAlの
分子線源ファーネス、17Cは第一のAs分子線源ファーネ
ス、17Dは第二のAs分子線源ファーネス、17EはSiの分子
線源ファーネス、18A乃至18Eはシャッタをそれぞれ示し
ている。
In the figure, 11 is a crystal growth chamber, 12 is a gate valve,
13 is a heater, 14 is a thermocouple, 15 is a susceptor, 16 is a liquid nitrogen shroud, 17A is a molecular beam source furnace of Ga, 17B is a molecular beam source furnace of Al, 17C is the first As molecular beam source furnace, and 17D is A second As molecular beam source furnace, 17E represents a Si molecular beam source furnace, and 18A to 18E represent shutters.

第3図乃至第7図は本発明一実施例を解説する為の工
程要所に於けるHEMTの要部切断側面図を表し、以下、こ
れ等の図を参照しつつ説明する。尚、第1図及び第2図
に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同
じ意味を持つものとする。
3 to 7 are sectional side views of the essential part of the HEMT in the process steps for explaining one embodiment of the present invention, which will be described below with reference to these figures. The same symbols as those used in FIGS. 1 and 2 indicate the same parts or have the same meaning.

第3図参照 (1) 半絶縁性GaAs基板1をMBE装置に於ける結晶成
長室11のサセプタ15に装着し、第一のAs分子線源ファー
ネス17Cのシャッタ18Cを開き、As分子線を照射しつつ基
板1の温度を例えば750〔℃〕に上昇させ、その状態を
例えば3〔分〕間維持することに依ってサーマル・エッ
チングを行う。
See Fig. 3 (1) Attach the semi-insulating GaAs substrate 1 to the susceptor 15 of the crystal growth chamber 11 in the MBE device, open the shutter 18C of the first As molecular beam source furnace 17C, and irradiate As molecular beams. At the same time, the temperature of the substrate 1 is raised to, for example, 750 [° C.], and the state is maintained for, eg, 3 [minutes] to perform thermal etching.

このようなサーマル・エッチングを行うと、基板1及
びその上に成長させる半導体層との間の界面準位が1011
〔cm-2〕程度となり、従来技術に依った場合は1012〔cm
-2〕程度であったのと比較すると約1桁も低減され、従
って、バッファ層を薄く形成しても、その上に成長させ
る諸化合物半導体層は良質なものとなり、特に、HEMTの
場合は、動作時に於ける基板バイアス効果を排除するこ
とができ、また、バッファ層を薄くすることができれば
スルー・プットが向上するのは云うまでもない。
When such thermal etching is performed, the interface level between the substrate 1 and the semiconductor layer grown thereon becomes 10 11.
[Cm -2 ] or about 10 12 [cm when using the conventional technology
-2 ] compared to about 1 digit, so even if the buffer layer is formed thin, the compound semiconductor layers grown on it will be of good quality, especially in the case of HEMT. Needless to say, it is possible to eliminate the substrate bias effect during operation and to improve the through-put if the buffer layer can be thinned.

第4図参照 (2) 前記工程(1)の状態を維持しつつ、Ga分子線
源ファーネス17Aのシャッタ18A並びに第二のAs分子線源
ファーネス17Dのシャッタ18Dを開き、厚さが例えば200
〔Å〕程度であるノン・ドープGaAs層間分離層2を成長
させる。
See FIG. 4 (2) While maintaining the state of the step (1), the shutter 18A of the Ga molecular beam source furnace 17A and the shutter 18D of the second As molecular beam source furnace 17D are opened, and the thickness is, for example, 200
A non-doped GaAs interlayer isolation layer 2 having a thickness of about [Å] is grown.

このノン・ドープGaAs層間分離層2は、第一のAs分子
線源17C及び第二のAs分子線源17DからAs分子線が照射さ
れて成長されるのであるから、Asの供給は過剰になり、
その結果、抵抗値は高くなり、層間分離の役目を充分に
果たすことができる。尚、その厚さは200〔Å〕乃至200
0〔Å〕の範囲で選択することができる。
Since the non-doped GaAs interlayer separation layer 2 is grown by being irradiated with As molecular beams from the first As molecular beam source 17C and the second As molecular beam source 17D, the supply of As becomes excessive. ,
As a result, the resistance value becomes high and the role of interlayer separation can be sufficiently fulfilled. The thickness is 200 [Å] to 200
It can be selected in the range of 0 [Å].

第5図参照 (3) 第二のAs分子線源17Dのシャッタ18Dを閉成し、
厚さが例えば0.2〔μm〕程度であるノン・ドープGaAs
能動層3を成長させ、次いで、Al分子線源17Bのシャッ
タ18B及びSi分子線源17Eのシャッタ18Eを開いてSiを例
えば1×1018〔cm-3〕程度ドーピングした厚さが例えば
0.09〔μm〕程度のAlGaAs電子供給層4を成長させ、そ
の後、Al分子線源17Bのシャッタ18Bを閉成してSiを例え
ば1×1018〔cm-3〕程度ドーピングした厚さが例えば0.
01〔μm〕程度のGaAsコンタクト層5を成長させる。
See Fig. 5 (3) Close the shutter 18D of the second As molecular beam source 17D,
Non-doped GaAs having a thickness of, for example, about 0.2 μm
After the active layer 3 is grown, the shutter 18B of the Al molecular beam source 17B and the shutter 18E of the Si molecular beam source 17E are opened, and Si is doped to a thickness of, for example, about 1 × 10 18 [cm −3 ].
The AlGaAs electron supply layer 4 having a thickness of about 0.09 [μm] is grown, and thereafter, the shutter 18B of the Al molecular beam source 17B is closed and Si is doped with, for example, about 1 × 10 18 [cm −3 ] to a thickness of, for example, 0. .
The GaAs contact layer 5 of about 01 [μm] is grown.

このようにして各半導体層を積層すると、能動層3と
電子供給層4との界面に於ける能動層3側には二次元電
子ガス層6が生成されることは云うまでもない。
It goes without saying that when the semiconductor layers are laminated in this manner, the two-dimensional electron gas layer 6 is generated on the active layer 3 side at the interface between the active layer 3 and the electron supply layer 4.

ここで成長させた能動層3は、その一部が層間分離層
2と共にバッファ層の役目を果たすのであるが、その厚
さは、前記した通り、0.2〔μm〕程度であり、従来技
術に依る能動層が0.6〔μm〕程度もあったのに比較す
ると著しく薄いが、それでも二次元電子ガス層6が生成
される部分の結晶性は大変に良好であり、これは、前記
サーマル・エッチングを実施したことに依って基板1と
層間分離層2との界面に準位が極めて少なく、従って、
層間分離層2の結晶性が良好であり、その良さが能動層
3にも引き継がれていることに起因するものであり、こ
のように、能動層3を薄く形成できることからスルー・
プットは大きく向上する。
The active layer 3 grown here partially plays a role of a buffer layer together with the interlayer isolation layer 2, and its thickness is about 0.2 [μm] as described above, which depends on the conventional technique. Although the active layer was about 0.6 [μm], it is extremely thin as compared with the active layer, but the crystallinity of the part where the two-dimensional electron gas layer 6 is generated is still very good. As a result, there are very few levels at the interface between the substrate 1 and the interlayer separation layer 2, and
This is because the crystallinity of the interlayer isolation layer 2 is good, and the goodness is inherited by the active layer 3 as well. Thus, since the active layer 3 can be formed thin,
Put is greatly improved.

第6図参照 (4) 基板1をMBE装置から取り出し、通常のフォト
・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセスを適用
することに依り、素子間分離層形成予定部分に開口をも
つフォト・レジスト・マスクを形成してから、基板1を
再びイオン注入装置に於けるイオン注入室に配置し、ド
ーズ量を例えば1×1012〔cm-2〕程度、加速エネルギを
例えば100〔KeV〕程度として選択的に酸素イオンの打ち
込みを行い、層間分離層2に到達する素子間分離層7を
形成する。
See Fig. 6 (4) By taking out the substrate 1 from the MBE device and applying a resist process in a normal photolithography technique, a photo resist mask having an opening at a portion where an element isolation layer is to be formed. After forming the substrate, the substrate 1 is placed again in the ion implantation chamber of the ion implantation apparatus, and the dose amount is set to, for example, about 1 × 10 12 [cm −2 ] and the acceleration energy is set to, for example, about 100 [KeV]. Oxygen ions are implanted to form the element isolation layer 7 reaching the interlayer isolation layer 2.

第7図参照 (5) 通常の技術を適用することに依り、ゲート領域
に於けるリセス形成、ソース電極8S1並びに8S2、ドレイ
ン電極8D1並びに8D2などの形成、それ等と二次元電子ガ
ス層6とのオーミック・コンタクトを採る為の合金化処
理などを行い、その後、ゲート電極8G1並びに8G2を形成
して完成する。尚、記号10は前記合金化処理で生成され
た合金化領域を指示していることは前記した通りであ
る。
See Fig. 7 (5) Recess formation in the gate region, formation of source electrodes 8 S1 and 8 S2 , formation of drain electrodes 8 D1 and 8 D2 , etc. and two-dimensional electron Alloying treatment for obtaining ohmic contact with the gas layer 6 is performed, and then the gate electrodes 8 G1 and 8 G2 are formed to complete the process. As described above, the symbol 10 indicates the alloying region generated by the alloying process.

第8図乃至第12図は本発明に於ける他の実施例を解説
する為の工程要所に於けるHEMTの要部切断側面図を表
し、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、第1
図乃至第7図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示
すか或いは同じ意味を持つものとする。
8 to 12 are sectional side views of the essential part of the HEMT in the process steps for explaining another embodiment of the present invention, which will be described below with reference to these drawings. . The first
The same symbols as those used in FIGS. 7 to 7 indicate the same parts or have the same meanings.

第8図参照 (1) 半絶縁性GaAs基板1をMBE装置に於ける結晶成
長室11のサセプタ15に装着し、第一のAs分子線源ファー
ネス17Cのシャッタ18Cを開き、As分子線を照射しつつ基
板1の温度を約600〔℃〕を越える例えば750〔℃〕に上
昇させ、その状態を例えば3〔分〕間維持することに依
ってサーマル・エッチングを行って自然酸化膜などを除
去する。
See Fig. 8 (1) Attach the semi-insulating GaAs substrate 1 to the susceptor 15 of the crystal growth chamber 11 in the MBE device, open the shutter 18C of the first As molecular beam source furnace 17C, and irradiate the As molecular beam. At the same time, the temperature of the substrate 1 is raised to, for example, 750 [° C.] exceeding about 600 [° C.], and the state is maintained for, eg, 3 [minutes] to perform thermal etching to remove the natural oxide film and the like. To do.

この工程を経ることに依って得られる利点は前記実施
例と変わりない。
The advantages obtained by going through this process are the same as those in the above-mentioned embodiment.

第9図参照 (2) 前記工程(1)の状態を維持しつつ、Ga分子線
源ファーネス17Aのシャッタ18A、第二のAs分子線源ファ
ーネス17Dのシャッタ18D、Al分子線源17Bのシャッタ18B
を同時に開き、厚さが例えば200〔Å〕程度のノン・ド
ープAlGaAs層間分離層2′を成長させる。
See FIG. 9 (2) While maintaining the state of the step (1), the shutter 18A of the Ga molecular beam source furnace 17A, the shutter 18D of the second As molecular beam source furnace 17D, and the shutter 18B of the Al molecular beam source 17B.
Are simultaneously opened to grow a non-doped AlGaAs interlayer isolation layer 2'having a thickness of, for example, about 200 [Å].

このノン・ドープAlGaAs層間分離層2′は、前記実施
例と同様、Asの供給が過剰な状態で成長されるので、そ
の抵抗値は高くなり、層間分離の役目を充分に果たすこ
とが可能であり、また、この場合も厚さは200〔Å〕乃
至2000〔Å〕の範囲で選択することができる。
Since the non-doped AlGaAs interlayer separation layer 2'is grown in a state where the supply of As is excessive, as in the above-mentioned embodiment, its resistance value becomes high and it is possible to sufficiently fulfill the role of interlayer separation. Also, in this case as well, the thickness can be selected in the range of 200 [Å] to 2000 [Å].

第10図参照 (3) Al分子線源17Bのシャッタ18B並びに第二のAs分
子線源17Dのシャッタ18Dを閉成し、厚さが例えば0.2
〔μm〕程度であるノン・ドープGaAs能動層3を成長さ
せ、次いで、Al分子線源17Bのシャッタ18B並びにSi分子
線源17Eのシャッタ18Eを開いてSiを例えば1×1018〔cm
-3〕程度ドーピングした厚さ例えば0.09〔μm〕程度の
AlGaAs電子供給層4を成長させ、次いで、Al分子線源17
Bのシャッタ18Bを閉成してSiを例えば1×1018〔cm-3
程度ドーピングした厚さ例えば0.01〔μm〕程度のGaAs
コンタクト層5を成長させる。
See Fig. 10. (3) The shutter 18B of the Al molecular beam source 17B and the shutter 18D of the second As molecular beam source 17D are closed, and the thickness is, for example, 0.2.
A non-doped GaAs active layer 3 having a thickness of about [μm] is grown, and then the shutter 18B of the Al molecular beam source 17B and the shutter 18E of the Si molecular beam source 17E are opened to remove Si by, for example, 1 × 10 18 [cm
-3 ] Doped thickness of about 0.09 [μm]
The AlGaAs electron supply layer 4 is grown, and then the Al molecular beam source 17
The shutter 18B of B is closed and Si is, for example, 1 × 10 18 [cm -3 ]
GaAs with a thickness of approximately 0.01 μm
The contact layer 5 is grown.

このようにして各半導体層を積層すると、能動層3と
電子供給層4との界面に於ける能動層3側に二次元電子
ガス層6が生成されることは、さきに説明した実施例と
変わりない。
When the respective semiconductor layers are stacked in this manner, the two-dimensional electron gas layer 6 is generated on the active layer 3 side at the interface between the active layer 3 and the electron supply layer 4, as in the above-described embodiment. no change.

第11図参照 (4) 基板1をMBE装置から取り出し、通常のフォト
・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセスを適用
することに依り、素子間分離層形成予定部分に開口をも
つフォト・レジスト・マスクを形成してから、基板1を
再びイオン注入装置に於けるイオン注入室に配置し、ド
ーズ量を例えば1×1012〔cm-2〕程度、加速エネルギを
例えば100〔KeV〕程度として選択的に酸素イオンの打ち
込みを行い、表面から層間分離層2′に到達する素子間
分離層7を形成する。
See Fig. 11 (4) By taking out the substrate 1 from the MBE device and applying a resist process in a normal photolithography technique, a photo resist mask having an opening in a portion where an element isolation layer is to be formed. After forming the substrate, the substrate 1 is placed again in the ion implantation chamber of the ion implantation apparatus, and the dose amount is set to, for example, about 1 × 10 12 [cm −2 ] and the acceleration energy is set to, for example, about 100 [KeV]. Oxygen ions are implanted to form the element isolation layer 7 reaching the interlayer isolation layer 2'from the surface.

第12図参照 (5) 通常の技術を適用することに依り、ゲート領域
に於けるリセス形成、ソース電極8S1並びに8S2、ドレイ
ン電極8D1並びに8D2などの形成、それ等と二次元電子ガ
ス層6とのオーミック・コンタクトを採る為の合金化処
理などを行い、その後、ゲート電極8G1並びに8G2を形成
して完成する。尚、記号10は前記合金化処理で生成され
た合金化領域を指示していることは前記した通りであ
る。
See Fig. 12 (5) Recess formation in the gate region, formation of source electrodes 8 S1 and 8 S2 , drain electrodes 8 D1 and 8 D2 , etc., and two-dimensional electron Alloying treatment for obtaining ohmic contact with the gas layer 6 is performed, and then the gate electrodes 8 G1 and 8 G2 are formed to complete the process. As described above, the symbol 10 indicates the alloying region generated by the alloying process.

前記何れの実施例に依った場合にも、完成されたHEMT
の間に電気的干渉が発生することは全くなかった。ま
た、第一の実施例と第二の実施例との主たる相違点は、
層間分離層2及び層間分離層2′の材料としてGaAsとAl
GaAsがそれぞれ採用されていることであるが、GaAsに比
較してAlGaAsは深い準位の電子トラップが多い為、高抵
抗化が容易である。
The completed HEMT can be manufactured by any of the above embodiments.
No electrical interference occurred during the period. Further, the main difference between the first embodiment and the second embodiment,
GaAs and Al as materials for the interlayer isolation layer 2 and the interlayer isolation layer 2 '.
Although GaAs is adopted respectively, AlGaAs has many deep level electron traps compared to GaAs, so that it is easy to increase the resistance.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明に依る化合物半導体装置の製造方法に於いて
は、半絶縁性化合物半導体基板表面に砒素を過剰に供給
して成長させることで高抵抗化した砒素含有化合物半導
体層間分離層(或いはアルミニウム及び砒素含有化合物
半導体層間分離層)及び必要な化合物半導体層を順に成
長させ、表面から前記高抵抗化した砒素含有化合物半導
体層間分離層(或いはアルミニウム及び砒素含有化合物
半導体層間分離層)に達する高抵抗の素子間分離層を形
成するようにしている。
In the method of manufacturing a compound semiconductor device according to the present invention, an arsenic-containing compound semiconductor interlayer separation layer (or aluminum and arsenic) having a high resistance obtained by excessively supplying and growing arsenic on the surface of a semi-insulating compound semiconductor substrate. A compound semiconductor interlayer separation layer containing compound) and a required compound semiconductor layer are sequentially grown, and a high resistance element reaching the high resistance arsenic containing compound semiconductor interlayer separation layer (or aluminum and arsenic containing compound semiconductor interlayer separation layer) from the surface. An inter-separation layer is formed.

前記構成を採ることに依り、得られる化合物半導体装
置に於いては、横方向は勿論のこと、縦方向に於いても
基板と能動領域との電気的分離が行われ、近接する半導
体装置間の電気的な干渉が発生するのは防止されるので
集積度を向上させることが可能である。また、全ての半
導体層は一定の温度で形成できる為、基板温度を上下さ
せる煩雑さがなく、第二のAs分子線源に於けるシャッタ
を開閉するのみで化合物半導体層間分離層を容易に形成
することができる。
In the compound semiconductor device obtained by adopting the above-mentioned structure, the substrate and the active region are electrically separated not only in the lateral direction but also in the longitudinal direction, so that the semiconductor devices between adjacent semiconductor devices are separated from each other. Since the occurrence of electrical interference is prevented, it is possible to improve the degree of integration. Also, since all semiconductor layers can be formed at a constant temperature, there is no need to increase or decrease the substrate temperature, and a compound semiconductor interlayer separation layer can be easily formed simply by opening and closing the shutter in the second As molecular beam source. can do.

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

第1図は本発明の原理を説明する為の半導体装置の要部
切断側面図、第2図は本発明を実施する為のMBE装置、
第3図乃至第7図は本発明一実施例を説明する為の工程
要所に於けるHEMTの要部切断側面図、第8図乃至第12図
は本発明に於ける他の実施例を説明する為の工程要所に
於けるHEMTの要部切断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、1は半絶縁性GaAs基板、2は高抵抗化され
たノン・ドープGaAs層間分離層、2′は高抵抗化された
ノン・ドープAlGaAs層間分離層、3はノン・ドープGaAs
能動層、4はSiをドーピングしたAlGaAs電子供給層、5
はSiをドーピングしたGaAsコンタクト層、6は二次元電
子ガス層、7は酸素を注入して形成した素子間分離層、
8S1及び8S2はソース電極、8G1及び8G2はゲート電極、8
D1及び8D2はドレイン電極、10は合金化領域をそれぞれ
示している。
FIG. 1 is a side view of a main part of a semiconductor device for explaining the principle of the present invention, and FIG. 2 is an MBE device for carrying out the present invention.
FIG. 3 to FIG. 7 are side views of the essential part of the HEMT in the process steps for explaining one embodiment of the present invention, and FIGS. 8 to 12 are other embodiments of the present invention. Each of the HEMT cutting side views in the process key points for explanation is shown. In the figure, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is a high resistance non-doped GaAs interlayer separation layer, 2'is a high resistance non-doped AlGaAs interlayer separation layer, and 3 is a non-doped GaAs.
Active layer, 4 is Si-doped AlGaAs electron supply layer, 5
Is a GaAs contact layer doped with Si, 6 is a two-dimensional electron gas layer, 7 is an element isolation layer formed by injecting oxygen,
8 S1 and 8 S2 are source electrodes, 8 G1 and 8 G2 are gate electrodes, 8
D1 and 8 D2 are drain electrodes, and 10 is an alloyed region.

フロントページの続き (72)発明者 横山 照夫 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−55074(JP,A) 特開 昭61−289621(JP,A) 特開 昭63−132421(JP,A) 特開 平1−302742(JP,A) 特開 昭55−33079(JP,A)Front page continued (72) Inventor Teruo Yokoyama 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fujitsu Limited (56) References JP 59-55074 (JP, A) JP 61-289621 (JP, JP, 289621) A) JP-A-63-132421 (JP, A) JP-A-1-302742 (JP, A) JP-A-55-33079 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半絶縁性化合物半導体基板表面に後に成長
される同種の化合物半導体層に比較し砒素を過剰に供給
した状態で全面に高抵抗の砒素含有化合物半導体層間分
離層を成長する工程と、 次いで、該砒素含有化合物半導体層間分離層上に能動層
など必要な化合物半導体層を成長させる工程と、 次いで、該化合物半導体層表面から選択的に酸素イオン
を注入して前記砒素含有化合物半導体層間分離層に達す
る高抵抗の素子間分離層を形成する工程と を含んでなることを特徴とする化合物半導体装置の製造
方法。
1. A step of growing a high-resistance arsenic-containing compound semiconductor interlayer separation layer on the entire surface in a state in which arsenic is excessively supplied as compared with a compound semiconductor layer of the same kind which is subsequently grown on the surface of a semi-insulating compound semiconductor substrate. Next, a step of growing a necessary compound semiconductor layer such as an active layer on the arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer, and then selectively implanting oxygen ions from the compound semiconductor layer surface to form the arsenic-containing compound semiconductor interlayer. And a step of forming a high-resistance element isolation layer reaching the isolation layer.
【請求項2】半絶縁性化合物半導体基板表面に後に成長
される同種のアルミニウム及び砒素含有化合物半導体層
に比較し砒素を過剰に供給した状態で全面に高抵抗のア
ルミニウム及び砒素含有化合物半導体層間分離層を成長
する工程と、 次いで、該アルミニウム及び砒素含有化合物半導体層間
分離層上に能動層など必要な化合物半導体層を成長させ
る工程と 次いで、該化合物半導体層表面から選択的に酸素イオン
を注入して前記高抵抗のアルミニウム及び砒素含有化合
物半導体層間分離層に達する高抵抗の素子間分離層を形
成する工程と を含んでなることを特徴とする化合物半導体装置の製造
方法。
2. A high-resistance aluminum and arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation over the entire surface in a state in which arsenic is excessively supplied as compared with the same kind of aluminum- and arsenic-containing compound semiconductor layer that is subsequently grown on the surface of a semi-insulating compound semiconductor substrate. A step of growing a layer, a step of growing a necessary compound semiconductor layer such as an active layer on the aluminum- and arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer, and a step of selectively implanting oxygen ions from the surface of the compound semiconductor layer. And a step of forming a high-resistance element isolation layer reaching the high-resistance aluminum and arsenic-containing compound semiconductor interlayer isolation layer.
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