JP2762919B2 - Semiconductor element - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子に係わり、特
にショットキ障壁型電界効果トランジスタ(以下、ME
SFET、と称す)を有する半導体素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a Schottky barrier field effect transistor (hereinafter referred to as ME).
SFET).
【0002】[0002]
【従来の技術】入力段に使用されるMESFETを入力
サージ電圧から保護するために保護ダイオードを用いる
技術は、例えば特開昭63−81845号公報や特開昭
62−213175号公報に開示されている。2. Description of the Related Art A technique using a protection diode to protect a MESFET used in an input stage from an input surge voltage is disclosed in, for example, JP-A-63-81845 and JP-A-62-213175. I have.
【0003】図5にその一例を示す。MESFET61
のゲートGが入力信号VINを供給する入力節点64に接
続し、ドレインDが第1の電源電圧VDDを供給する第1
の電源節点65に接続し、ソースSが第2の電源電圧V
SSを供給する第2の電源節点66に接続している。第1
の保護ダイオード62はカソードが第1の電源節点65
に接続しアノードが入力節点64に接続した逆バイアス
状態となっており、第2の保護ダイオード63はカソー
ドが入力節点64に接続しアノードが第2の電源節点6
6に接続した逆バイアス状態となっている。したがって
入力節点64にVDD+Vf (Vf は第1の保護ダイオー
ドの順方向電圧)より高い異常サージ電圧が印加された
際に第1の保護ダイオード62が順方向状態となってオ
ンし、一方、入力節点64にVSS−Vf (Vf は第2の
保護ダイオードの順方向電圧)より低い(絶対値が高
い)異常サージ電圧が印加された際に第2の保護ダイオ
ード63がオンし、これによりゲートGへの異常サージ
電圧の印加を防止してMESFET61を保護してい
る。FIG. 5 shows an example. MESFET61
Is connected to an input node 64 that supplies an input signal V IN , and a drain D supplies a first power supply voltage V DD .
Source S is connected to the second power supply voltage V
It is connected to a second power supply node 66 that supplies SS . First
The protection diode 62 has a cathode connected to the first power supply node 65.
And the anode is connected to the input node 64 in a reverse bias state. The second protection diode 63 has a cathode connected to the input node 64 and an anode connected to the second power supply node 6.
6 is in a reverse bias state. Therefore, when an abnormal surge voltage higher than V DD + V f (V f is a forward voltage of the first protection diode) is applied to the input node 64, the first protection diode 62 enters a forward state and turns on. On the other hand, when an abnormal surge voltage (absolute value is higher) lower than V SS −V f (V f is a forward voltage of the second protection diode) is applied to the input node 64, the second protection diode 63 is turned on. This prevents the abnormal surge voltage from being applied to the gate G, thereby protecting the MESFET 61.
【0004】一方、入力節点に印加される異常サージ電
圧とは別に、高出力増幅器として用いられる出力が50
0mV以上の高出力MESFETの場合においては、ゲ
ートとドレイン間の電圧が通常の使用状態の範囲の上限
値付近においてもゲート耐圧が問題となる。On the other hand, apart from the abnormal surge voltage applied to the input node, the output used as a high-output amplifier is 50
In the case of a high-output MESFET of 0 mV or more, the gate breakdown voltage becomes a problem even when the voltage between the gate and the drain is near the upper limit of the range of the normal use state.
【0005】図4を参照して説明すると、半絶縁性のG
aAs基板51上にGaAsバッフア層52を介してn
型GaAsの動作層53が形成され、ソース電極55お
よびドレイン電極56が動作層53にオーミック接続
し、動作層53層に形成されたリセス部54の底面にゲ
ート電極57がショットキー接続したMESFETにお
いて、ゲート電極57とドレイン電極56との間の電位
差が、例えば20Vと高くなると、図4の円で囲った領
域60,つまりドレイン側のゲート電極端に高電界が発
生し、時にはアバランシェ増倍を引き起こした状態にな
る。このような高電界をゲート電極端に印加した状態で
長時間保持すると、しだいに端部の半導体結晶性が損わ
れ、最終的にはゲート耐圧不良等によるMESFETの
破壊が生じる。Referring to FIG. 4, a semi-insulating G
n is formed on the GaAs substrate 51 via the GaAs buffer layer 52.
In a MESFET in which an operation layer 53 of type GaAs is formed, a source electrode 55 and a drain electrode 56 are ohmically connected to the operation layer 53, and a gate electrode 57 is Schottky connected to the bottom surface of the recess 54 formed in the operation layer 53. When the potential difference between the gate electrode 57 and the drain electrode 56 is increased to, for example, 20 V, a high electric field is generated at the region 60 surrounded by the circle in FIG. 4, that is, at the end of the gate electrode on the drain side, and sometimes avalanche multiplication occurs. It will be in the state that caused it. If such a high electric field is applied to the end of the gate electrode and held for a long time, the semiconductor crystallinity at the end is gradually deteriorated, and eventually the MESFET is destroyed due to poor gate breakdown voltage or the like.
【0006】この対策として、ゲートとドレイン間にダ
イオードを逆方向接続してそのブレークダウンを利用す
る方法が考えられる。すなわちその使用目的は異なるが
図5の第1の保護ダイオード62のようなダイオードを
設け、例えばMESFETのドレイン−ゲート間が20
Vとなる直前にダイオードをその逆方向特性によりブレ
ークダウンさせる。したがってこのダイオードは一種の
リミッタとしての作用をする。As a countermeasure, a method is conceivable in which a diode is connected in the reverse direction between the gate and the drain to utilize the breakdown. That is, although the purpose of use is different, a diode such as the first protection diode 62 of FIG.
Just before V, the diode is broken down by its reverse characteristics. This diode thus acts as a kind of limiter.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記ダイ
オードを集積度の向上や製造工程の容易性のためにME
SFETの動作層上にショットキーバリアダイオード
(以下、SBD、と称す)を形成すると、MESFET
のゲート電極と同じようにSBDのアノード電極の端部
で高電界が生じる。この結果、このSBDの劣化寿命も
短くなり、素子全体の寿命の大幅な改善は望めない。However, in order to improve the degree of integration and to simplify the manufacturing process, the above-mentioned diode is used in ME.
When a Schottky barrier diode (hereinafter, referred to as SBD) is formed on the operation layer of the SFET, the MESFET
A high electric field is generated at the end of the anode electrode of the SBD as in the case of the gate electrode. As a result, the degradation life of the SBD is also shortened, and a significant improvement in the life of the entire device cannot be expected.
【0008】一方この高電界を緩和するためにSBDの
アノード電極端部の面積を増やすとSBDの寿命の改善
が図られるが、必然的にアノード電極の全接触面積も、
例えばゲート幅(チャネル長)が1μm,ゲート長が5
mmのMESFETに対して10μm×50μmと増加
するからSBDの寄生容量が、例えば0.6pFと増大
し、高周波特性の犠牲を招いてしまう。On the other hand, if the area of the end of the anode electrode of the SBD is increased to reduce the high electric field, the life of the SBD is improved, but the total contact area of the anode electrode is inevitably reduced.
For example, the gate width (channel length) is 1 μm, and the gate length is 5
Since the size is increased to 10 μm × 50 μm with respect to the MESFET of mm, the parasitic capacitance of the SBD is increased to, for example, 0.6 pF, and the high frequency characteristics are sacrificed.
【0009】したがって本発明の目的は、高周波特性を
犠牲にすることなく、MESFETのゲート耐圧不良に
よる破壊を防止するためのSBD自体の寿命を長くし、
これにより信頼性を高めた半導体素子を提供することで
ある。Accordingly, an object of the present invention is to extend the life of an SBD itself for preventing destruction due to a gate breakdown voltage failure of a MESFET without sacrificing high frequency characteristics,
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having improved reliability.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、基板、
例えば半絶縁性GaAs基板上設けられた動作層、例え
ばn型GaAs層の第1の領域にMESFETを形成し
た半導体素子において、第1の領域の厚さより厚い動作
層の第2の領域にSBDのアノード電極を形成し、この
アノード電極をMESFETのゲート電極に接続し、か
つ動作層には第1の領域の厚さと同じ厚さの第3の領域
を有し、第3の領域にSBDのカソード電極を形成した
半導体素子にある。あるいは、動作層の第2の領域の上
面は第1の領域の上面より突出している形状の半導体素
子にある。ここで第1の領域の厚さはMESFETのソ
ース電極およびドレイン電極が形成される箇所の厚さで
ある。そして、ソース電極とドレイン電極との間の第1
領域の箇所にリセス部が形成され、このリセス部の底面
にゲート電極を形成することができる。The features of the present invention include a substrate,
For example, in a semiconductor element in which a MESFET is formed in a first region of an operation layer provided on a semi-insulating GaAs substrate, for example, an n-type GaAs layer, an SBD is formed in a second region of the operation layer which is thicker than the first region. Forming an anode electrode, connecting the anode electrode to the gate electrode of the MESFET ,
One operating layer has a third region having the same thickness as that of the first region, and the third region has a semiconductor element in which a cathode electrode of SBD is formed. Alternatively, the upper surface of the second region of the operation layer has a semiconductor element having a shape protruding from the upper surface of the first region.
In the child. Here, the thickness of the first region is the thickness of the portion where the source electrode and the drain electrode of the MESFET are formed. And a first electrode between the source electrode and the drain electrode.
A recess is formed in the region, and a gate electrode can be formed on the bottom surface of the recess.
【0011】[0011]
【実施例】以下、図面を参照して本発明を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
【0012】図1は本発明の実施例の半導体素子を製造
工程順に示した断面図であり、図2はそのレイアウトを
示す平面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, and FIG. 2 is a plan view showing a layout thereof.
【0013】まず図1(A)に示すように、半絶縁性G
aAs基板11上に、MBE法(分子線エピタキシャル
成長法)により膜厚500nmのGaAsバッフア層1
2を成長し、引き続いて動作層13を形成するために、
膜厚500nmでシリコン濃度が1×1017cm-3のn
型GaAs層13を成長する。次に、領域28を除いて
ウェットエッチングを行い膜厚を300nmとする。次
に、動作層13以外の領域に酸素イオンを注入して高抵
抗化する。これにより膜厚(T2 )が300nmの第1
の領域19、膜厚(T3 )が500nmの第2の領域2
8および膜厚(T2 )が300nmの第3の領域29を
有するN型GaAsの動作層13が動作に不必要な高抵
抗領域(フィ−ルド領域)25により囲まれて形成され
る。First, as shown in FIG.
A 500 nm-thick GaAs buffer layer 1 is formed on an aAs substrate 11 by MBE (molecular beam epitaxy).
2 to grow and subsequently form the working layer 13
N having a thickness of 500 nm and a silicon concentration of 1 × 10 17 cm -3
A type GaAs layer 13 is grown. Next, wet etching is performed to remove the region 28 to a thickness of 300 nm. Next, oxygen ions are implanted into regions other than the operation layer 13 to increase the resistance. Thereby, the first film having a thickness (T 2 ) of 300 nm is formed.
Region 19, the second region 2 having a thickness (T 3 ) of 500 nm
An N-type GaAs operation layer 13 having a third region 29 having a thickness of 8 and a thickness (T 2 ) of 300 nm is formed by being surrounded by a high-resistance region (field region) 25 unnecessary for operation.
【0014】次に図1(B)に示すように、第1の領域
19のゲート領域部近傍をエッチングして、深さ100
nmのリセス部14を形成する。したがってリセス部1
4の膜厚(T1 )、すなわちリセス部14の底面(上
面)下の動作層の膜厚(T1 )は200nmとなる。Next, as shown in FIG. 1B, the vicinity of the gate region of the first region 19 is etched to a depth of 100%.
An nm recess portion 14 is formed. Therefore, recess 1
4 having a thickness (T 1), namely a bottom (upper surface) thickness of the operation layer beneath the recesses 14 (T 1) becomes 200 nm.
【0015】次に、蒸着法でアルミニウムを堆積しパタ
ーニングする。これにより、動作層13の第1の領域1
9におけるリセス部14の底面(上面)部17’にショ
ットキー接続するMESFET30のゲート電極17、
および動作層13の第2の領域28の上面部21’にシ
ョットキー接続するSBD40のアノード電極21を有
し、かつゲート電極17およびアノード電極21とを高
抵抗領域25上を延在して接続するアルミパターンを形
成する。そしてこのアルミパターンは入力電圧(VIN)
を入力する入力節点もしくは入力端子に結合する。Next, aluminum is deposited and patterned by a vapor deposition method. Thereby, the first region 1 of the operation layer 13
9, the gate electrode 17 of the MESFET 30 connected to the bottom (upper) portion 17 ′ of the recess portion 14 by Schottky connection;
And an anode 21 of the SBD 40 connected to the upper surface 21 ′ of the second region 28 of the operation layer 13 by Schottky connection, and the gate electrode 17 and the anode 21 are connected to the high resistance region 25 by extending over the high resistance region 25. To form an aluminum pattern. And this aluminum pattern is the input voltage (V IN )
Is connected to the input node or input terminal.
【0016】次に、蒸着法でAuGe−Niを堆積しパ
ターニングする。これにより、動作層13の第1の領域
19において表面部分15’にオーミック接続するME
SFET30のソース電極15のAuGe−Niパター
ンを形成する。そしてこのソース電極15のパターンは
低電源電圧VSS側の節点もしくは端子に結合する。Next, AuGe-Ni is deposited by an evaporation method and patterned. As a result, the ME that is ohmic-connected to the surface portion 15 ′ in the first region 19 of the operation layer 13 is formed.
An AuGe-Ni pattern of the source electrode 15 of the SFET 30 is formed. The pattern of the source electrode 15 is coupled to the node or terminal of low power supply voltage V SS side.
【0017】また上記AuGe−Niのパターニングに
より、動作層13の第1の領域19において表面部分1
6’にオーミック接続するMESFET30のドレイン
電極16、および動作層13の第3の領域29において
表面部分22’にオーミック接続するSBD40のカソ
ード電極22を有し、かつドレイン電極16およびカソ
ード電極22とを高抵抗領域25上を延在して接続する
AuGe−Niパターン形成する。そしてこのカソード
電極22およびドレイン電極16のパターンは高電源電
圧VDD側の節点もしくは端子に結合する。Further, the surface portion 1 in the first region 19 of the operation layer 13 is formed by the patterning of AuGe-Ni.
A drain electrode 16 of the MESFET 30 that is ohmic-connected to 6 'and a cathode electrode 22 of the SBD 40 that is ohmic-connected to the surface portion 22' in the third region 29 of the operation layer 13, and the drain electrode 16 and the cathode electrode 22 are connected to each other. An AuGe-Ni pattern extending over the high resistance region 25 and connected is formed. The patterns of the cathode electrode 22 and the drain electrode 16 are connected to nodes or terminals on the high power supply voltage VDD side.
【0018】またこれらオ−ミック接続する動作層の表
面部分15’,16’,22’には高濃度のn+ 表面層
を動作層の一部として形成することもできる。A high-concentration n + surface layer may be formed as a part of the operation layer on the surface portions 15 ′, 16 ′, and 22 ′ of the operation layer to be ohmic-connected.
【0019】尚、図1および図2において、アルミパタ
ーンは右下り2本対の実線のハッチングで示し、AuG
e−Niパターンは左下りの実線のハッチングで示して
いる。またこれらの図において各層間絶縁膜は図示を省
略してある。In FIG. 1 and FIG. 2, the aluminum pattern is indicated by two pairs of solid lines with a pair of lines descending to the right.
The e-Ni pattern is indicated by solid lines hatched to the left. In these figures, illustration of each interlayer insulating film is omitted.
【0020】また、図2のソース−ドレイン電極15、
16間にはそれぞれ、図2で縦方向に延在する3箇所の
リセス部14が形成されており、3本のゲート電極17
はそれぞれのリセス部に形成されているが、図2ではこ
のリセス部の図示を省略してある。The source-drain electrodes 15 of FIG.
3, three recess portions 14 extending in the vertical direction in FIG. 2 are formed, and three gate electrodes 17 are formed.
Are formed in the respective recessed portions, but illustration of the recessed portions is omitted in FIG.
【0021】この実施例において膜厚(T2 )の第1の
領域19に形成されたリセス部14の膜厚T1 はMES
FET30の特性、特にドレイン飽和電流を設計するた
めに重要な要因である。したがって動作層13の厚いT
3 の状態からエッチングによりリセス部14の膜厚T1
を制御性よく得ることは困難である。したがって本実施
例のように、ソース、ドレイン電極15、16を形成す
るための膜厚T2 の第1の領域19をエッチングで形成
した後、実際に出来た膜厚T2 を実測しこれを基にして
リセス部形成のエッチング条件を定める必要がある。す
なわち、例えば第1の領域19の膜厚T2 が設計値では
300nmであるが実測値が290nmであった場合
は、その表面から90nmの深さだけエッチング除去し
てリセス部14の膜厚T1 を設計値どうりに200nm
になるように制御する。The thickness T 1 of the recessed portion 14 formed in the first region 19 having a thickness (T 2) In this embodiment MES
This is an important factor for designing the characteristics of the FET 30, particularly the drain saturation current. Therefore, the thick T
The film thickness T 1 of the recessed portion 14 is etched from the state of 3 by etching.
Is difficult to obtain with good controllability. Therefore, as in the present embodiment, after the first region 19 having the thickness T 2 for forming the source and drain electrodes 15 and 16 is formed by etching, the actually formed thickness T 2 is measured and measured. It is necessary to determine the etching conditions for forming the recessed portion based on this. That is, for example, when the thickness T 2 of the first region 19 is 300 nm in the design value but the measured value is 290 nm, the thickness T 2 of the recessed portion 14 is removed by etching by a depth of 90 nm from the surface. 1 is 200 nm as designed
Control so that
【0022】一方、第1の領域19の膜厚T2 はソース
抵抗やドレイン抵抗に影響するが、リセス部14の膜厚
T1 のようにはMISFET30の特性に一次的な影響
を与えない。しかしドレイン電極16を厚い膜厚T3 の
箇所に形成するとドレイン抵抗が低減してサージ電流が
流れやすくなり不都合となる。したがってSBD40の
アノード電極21を形成するような厚い膜厚T3 にドレ
イン電極16を形成することはできない。On the other hand, the film thickness T 2 of the first region 19 affects the source resistance and the drain resistance, but does not have a primary influence on the characteristics of the MISFET 30 like the film thickness T 1 of the recess portion 14. But the result inconvenience likely surge current flows to reduce the drain resistance when forming the drain electrode 16 to the thick film thickness T 3 locations. Therefore it is not possible to form a drain electrode 16 to the large thickness T 3 so as to form the anode electrode 21 of SBD40.
【0023】薄い動作層にアノード電極を形成した場合
は、アノ−ド電極のカソード電極に対向する端部を中心
とする円弧状の等電位線となりこの端部に強い電界領域
が形成されて破壊につながる。しかし厚い動作層にアノ
ード電極を形成した場合は、アノード電極下に平行に延
在する等電位線となりアノード電極の下面下に一様に緩
和された電界領域が形成されて破壊現象を回避すること
ができる。When an anode electrode is formed on a thin operating layer, arc-shaped equipotential lines are formed around the end of the anode electrode facing the cathode electrode, and a strong electric field region is formed at this end to cause destruction. Leads to. However, when the anode electrode is formed on a thick operating layer, it becomes an equipotential line extending in parallel under the anode electrode, and a uniformly relaxed electric field region is formed under the lower surface of the anode electrode to avoid a destruction phenomenon. Can be.
【0024】しかもこの実施例では、カソード電極がア
ノード電極より下に位置しているから電界はさらに一様
分布となり集中現象を一層緩和することができる。しか
し設計によってはカソード電極をアノード電極と同様に
動作層の厚いT3 の領域28上に形成することもでき
る。Further, in this embodiment, since the cathode electrode is located below the anode electrode, the electric field is more evenly distributed, and the concentration phenomenon can be further alleviated. However, the design can be formed on region 28 of a thick T 3 of the operating layer of the cathode electrode like the anode electrode.
【0025】上記したようにMESFETのゲート電極
下の動作層の厚さはMESFETの特性を決定するので
厚くすることに制約を生じる。しかしながらMESFE
Tを破壊から防止するSBDのアノード電極下の動作層
の厚さは上記制約がないから、SBD自身の電界集中に
よる破壊回避を考量して厚くすることができる。As described above, since the thickness of the operating layer below the gate electrode of the MESFET determines the characteristics of the MESFET, there is a restriction in increasing the thickness. However, MESFE
Since the thickness of the operating layer under the anode electrode of the SBD for preventing T from destruction does not have the above-described restrictions, the thickness can be increased in consideration of avoidance of destruction due to electric field concentration of the SBD itself.
【0026】この実施例では、動作層のMISFETを
形成する第1の領域の厚さT2 とSBDのアノード電極
を形成する第2の領域の厚さT3 との差は200nmで
あった。実際の半導体素子で本発明の効果が顕著に得ら
れるためには第1の領域の厚さT2 とSBDのアノード
電極を形成する第2の領域の厚さT3 との差は100n
m以上にすることが好ましく、また製造プロセス等を考
慮するとこの差は400nm以下であることが好まし
い。In this embodiment, the difference between the thickness T 2 of the first region forming the MISFET of the operation layer and the thickness T 3 of the second region forming the anode electrode of the SBD was 200 nm. For the effects of the present invention can be obtained remarkably in the actual semiconductor device is the difference between the thickness T 3 of the second region for forming the anode electrode of the second thickness T 2 and SBD of the first region 100n
m or more, and considering the manufacturing process and the like, the difference is preferably 400 nm or less.
【0027】そしてこれによりSBDのアノード電極の
面積を増加させる必要がなくなるから寄生容量を抑制す
ることができ、半導体素子の高周波特性を犠牲にするこ
とがなくなる。As a result, it is not necessary to increase the area of the anode electrode of the SBD, so that the parasitic capacitance can be suppressed and the high frequency characteristics of the semiconductor element are not sacrificed.
【0028】この第1の実施例の半導体素子を周波数4
GHzで長時間動作させる試験を行った。試験条件は、
VDS(ソース−ドレイン間電圧)=12V,Ta (雰囲
気温度)=200℃,ゲインが−5dBにダウンするま
での過入力を加えてた強制寿命試験であり、サンプル数
は10本であった。The semiconductor device according to the first embodiment has a frequency of 4
A test was performed in which the device was operated for a long time at GHz. The test conditions are
V DS (source-drain voltage) = 12 V, T a (ambient temperature) = 200 ° C., a forced life test in which an excessive input was applied until the gain was reduced to −5 dB, and the number of samples was 10. Was.
【0029】その結果、出力が0.2dB低下するまで
の劣化寿命時間は、同一条件で行った保護SBDを結合
させないMESFETと比較して、1桁以上改善するこ
とが判明し、この実施例の半導体素子は実用上何ら問題
がないことが確認された。As a result, it has been found that the deterioration life time until the output is reduced by 0.2 dB is improved by one digit or more compared to the MESFET in which the protection SBD is not coupled under the same conditions. It was confirmed that the semiconductor element had no practical problem.
【0030】図3は本発明に関係のある半導体素子を示
す断面図である。尚、図3において図1と同一もしくは
類似の機能の箇所は同じ符号で示してあるから重複する
説明は省略する。FIG. 3 is a sectional view showing a semiconductor device related to the present invention. Note that, in FIG. 3, portions having the same or similar functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
【0031】この図3では動作層の形成にイオン注入法
を用いた場合である。すなわち半絶縁性GaAs基板1
1の表面からイオン注入法で動作層となるn層13を形
成する。すなわち第1のイオン注入により動作層13の
第1の領域19を形成し、第1のイオン注入より高い加
速電圧の第2のイオン注入により第1の領域19の底部
19’より深い底部28’を有する第2の領域28を第
1の領域19に隣接して形成する。ここで両領域は同じ
不純物濃度になるようにドーズ量を制御して形成するこ
ともできる。そして第1の実施例と同様にして、第1の
領域19にMESFET30を設け、第2の領域にSB
D40を設けるが、この実施例においてはSBD40の
カソード電極22もアノード電極21と同じ厚い(深
い)第2のn層上に形成する。この実施例ではMESF
ETのソース電極15およびドレイン電極16ならびに
SBDのアノード電極21およびカソード22が同一平
坦面上に形成されるから全体の平坦性がよくなり、上層
電極配線が信頼性良く形成できる。FIG . 3 shows a case where the ion implantation method is used for forming the operation layer. That is, the semi-insulating GaAs substrate 1
An n layer 13 serving as an operation layer is formed from the surface of the substrate 1 by an ion implantation method. That is, the first region 19 of the operation layer 13 is formed by the first ion implantation, and the bottom portion 28 ′ is deeper than the bottom portion 19 ′ of the first region 19 by the second ion implantation of an acceleration voltage higher than that of the first ion implantation. Is formed adjacent to the first region 19. Here, both regions can be formed by controlling the dose so as to have the same impurity concentration. Then, similarly to the first embodiment, the MESFET 30 is provided in the first region 19 and the SB
D40 is provided. In this embodiment, the cathode electrode 22 of the SBD 40 is also formed on the same thick (deep) second n-layer as the anode electrode 21. In this embodiment, MESF
Since the source electrode 15 and the drain electrode 16 of the ET and the anode electrode 21 and the cathode 22 of the SBD are formed on the same flat surface, the overall flatness is improved and the upper electrode wiring can be formed with high reliability.
【0032】上記図1乃至図3のいずれもMESFET
を形成する動作層の第1の領域にリセス部を設けてそこ
にゲート電極を形成する場合を説明した。しかしリセス
部を設けないでゲート電極をソースおよびドレイン電極
と同じ平坦上面に形成したMESFETに適用すること
も可能である。 1 to 3 are MESFETs.
A case has been described in which a recess is provided in the first region of the operation layer in which the gate electrode is formed. However, it is also possible to apply to a MESFET in which the gate electrode is formed on the same flat upper surface as the source and drain electrodes without providing the recess.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上のように本発明は、基板11上設け
られた動作層13の第1の領域19にMESFET30
を形成し、このMESFET30のゲート耐圧不良によ
る破壊を防止するためのSBD40のアノード電極21
を第1の領域の厚さ(T2 )より厚い厚さ(T3 )を有
する第2の領域28に形成したから、アノード電極21
の面積を広げることなく、すなわち寄生容量を大きくす
ることなくSBDの寿命を長くすることができる。As described above, according to the present invention, the MESFET 30 is provided in the first region 19 of the operation layer 13 provided on the substrate 11.
Formed on the anode electrode 21 of the SBD 40 for preventing the MESFET 30 from being broken due to a gate breakdown voltage failure.
Formed in the second region 28 having a thickness (T 3 ) larger than the thickness (T 2 ) of the first region,
Of the SBD can be extended without increasing the area of the SBD, that is, without increasing the parasitic capacitance.
【0034】したがって本発明の保護用SBDを接続し
たMESFETを具備した半導体素子は、良好な高周波
特性を有して信頼性が高いものとなる。Therefore, the semiconductor device having the MESFET to which the protection SBD of the present invention is connected has excellent high-frequency characteristics and high reliability.
【図1】本発明の実施例の半導体素子の中間工程におけ
る断面図(A)およびその半導体素子の断面図(B)で
ある。FIG. 1 shows an intermediate step of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
That is a sectional view (A) and a cross-sectional view of the semiconductor device (B).
【図2】本発明の実施例のレイアウトを示す平面図であ
る。FIG. 2 is a plan view showing a layout according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明に関係のある半導体素子を示す断面図で
ある。FIG. 3 is a sectional view showing a semiconductor device related to the present invention.
【図4】従来技術のMISFETを示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional MISFET.
【図5】異常サージ入力電圧に対する保護手段を示す回
路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing protection means for an abnormal surge input voltage.
11 半絶縁性GaAs基板 12 GaAsバッフア層 13 n型GaAs層の動作層 14 リセス部 15 ソース電極 15’ ソース電極がオーミック接続する表面部分 16 ドレイン電極 16’ ドレイン電極がオーミック接続する表面部分 17 ゲート電極 17’ ゲート電極がショットキー接続する表面部分 19 動作層の第1の領域 21 アノード電極 21’ アノード電極がショットキー接続する表面部
分 22 カソード電極 22’ カソード電極がオーミック接続する表面部分 25 高抵抗領域(フィ−ルド領域) 28 動作層の第2の領域 29 動作層の第3の領域 30 MESFET 40 SBD 51 半絶縁性GaAs基板 52 GaAsバッフア層 53 n型GaAsの動作層 54 リセス部 55 ソース電極 56 ドレイン電極 57 ゲート電極 60 高電界が発生するゲート電極端 61 MESFET 62 第1の保護ダイオード 63 第2の保護ダイオード 64 入力節点 65 第1の電源節点 66 第2の電源節点DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Semi-insulating GaAs substrate 12 GaAs buffer layer 13 Operating layer of n-type GaAs layer 14 Recessed part 15 Source electrode 15 'Surface part where source electrode is ohmic connected 16 Drain electrode 16' Surface part where drain electrode is ohmic connected 17 Gate electrode 17 'Surface portion where gate electrode is Schottky connected 19 First region of operation layer 21 Anode electrode 21' Surface portion where anode electrode is Schottky connected 22 Cathode electrode 22 'Surface portion where cathode electrode is ohmic connected 25 High resistance region (Field region) 28 Second region of operation layer 29 Third region of operation layer 30 MESFET 40 SBD 51 Semi-insulating GaAs substrate 52 GaAs buffer layer 53 N-type GaAs operation layer 54 Recess portion 55 Source electrode 56 Drain electrode 57 Gate voltage Pole 60 Gate electrode end where high electric field is generated 61 MESFET 62 First protection diode 63 Second protection diode 64 Input node 65 First power supply node 66 Second power supply node
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 - 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Investigated field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/337-21/338 H01L 27/095-27/098 H01L 29/775-29/778 H01L 29 / 80-29/812
Claims (5)
ショットキ障壁型電界効果トランジスタを形成した半導
体素子において、前記第1の領域の厚さより厚い前記動
作層の第2の領域にショットキーバリアダイオードのア
ノード電極を形成し、前記アノード電極を前記トランジ
スタのゲート電極に接続し、かつ前記動作層には前記第
1の領域の厚さと同じ厚さの第3の領域を有し、前記第
3の領域に前記ダイオードのカソード電極を形成したこ
とを特徴とする半導体素子。In a semiconductor device in which a Schottky barrier field effect transistor is formed in a first region of an operation layer provided on a substrate, a shot is formed in a second region of the operation layer that is thicker than the first region. Forming an anode electrode of a key barrier diode, connecting the anode electrode to a gate electrode of the transistor , and
A third region having the same thickness as that of the first region;
3. A semiconductor device wherein a cathode electrode of the diode is formed in a region of No. 3 .
ショットキ障壁型電界効果トランジスタを形成した半導
体素子において、前記第1の領域の厚さより厚い前記動
作層の第2の領域にショットキーバリアダイオードのア
ノード電極を形成し、かつ前記アノード電極を形成した
前記第2の領域の上面は前記第1の領域の上面より突出
していることを特徴とする半導体素子。 2. The method according to claim 1 , wherein the first region of the operation layer provided on the substrate is
Semiconductors with Schottky barrier field-effect transistors
In the body element, the movement is greater than the thickness of the first region.
In the second region of the layer, the Schottky barrier diode
Forming a node electrode, and forming the anode electrode
The upper surface of the second region protrudes from the upper surface of the first region
A semiconductor element characterized in that:
タのソース電極およびドレイン電極が形成される箇所の
厚さであり、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間
の前記第1領域の箇所にリセス部が形成され、前記リセ
ス部の底面に前記ゲート電極が形成されていることを特
徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体素子。 3. The thickness of the first region is a thickness of a portion where a source electrode and a drain electrode of the transistor are formed, and a thickness of the first region between the source electrode and the drain electrode. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a recess is formed in the semiconductor device, and the gate electrode is formed on a bottom surface of the recess.
り、前記動作層はn型GaAs層であることを特徴とす
る請求項1または請求項2に記載の半導体素子。Wherein said substrate is a semi-insulating GaAs substrate, a semiconductor device according to claim 1 or claim 2, wherein the active layer is an n-type GaAs layer.
て前記半絶縁性GaAs基板上に形成されていることを
特徴とする請求項4に記載の半導体素子。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein said n-type GaAs layer is formed on said semi-insulating GaAs substrate via a buffer layer.
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JP3084859B2 (en) * | 1991-11-28 | 2000-09-04 | ソニー株式会社 | Junction type field effect transistor |
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1994
- 1994-03-24 JP JP6053434A patent/JP2762919B2/en not_active Expired - Fee Related
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