JP3165655B2 - Method for manufacturing compound semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing compound semiconductor device

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JP3165655B2
JP3165655B2 JP06672297A JP6672297A JP3165655B2 JP 3165655 B2 JP3165655 B2 JP 3165655B2 JP 06672297 A JP06672297 A JP 06672297A JP 6672297 A JP6672297 A JP 6672297A JP 3165655 B2 JP3165655 B2 JP 3165655B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、III− V 族化合物
半導体、詳細にはGaAs化合物半導体素子の製造方法
に関する。特に本発明は、GaAs化合物半導体電界効
果トランジスタ(以下、単にGaAsMESFETとい
う。)の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a group III-V compound semiconductor, and more particularly to a method for manufacturing a GaAs compound semiconductor device. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a GaAs compound semiconductor field effect transistor (hereinafter, simply referred to as GaAs MESFET).

【0002】[0002]

【従来の技術】III− V 族化合物半導体素子として代表
的なGaAsMESFETにおいては、従来よりスケー
リング則に従って能動領域の高濃度化及び薄層化が進め
られ、高性能、特に通信分野では高周波化が図られてい
る。しかしながら、単純に能動領域の高濃度化を進めれ
ば、能動領域とゲート電極との間のショットキーバリア
ハイトが低くなり、ゲートリーク電流が増大する。さら
にショットキーバリアハイトが低くなれば、ブレークダ
ウン電圧が低くなり、耐圧が低下する。
2. Description of the Related Art In a typical GaAs MESFET as a group III-V compound semiconductor device, the active region has been conventionally made to have a higher concentration and a thinner layer in accordance with a scaling rule, and a higher performance, especially a higher frequency in the communication field. Have been. However, if the concentration of the active region is simply increased, the Schottky barrier height between the active region and the gate electrode decreases, and the gate leakage current increases. Further, when the Schottky barrier height becomes lower, the breakdown voltage becomes lower, and the breakdown voltage decreases.

【0003】このような問題点を解決するために、能動
領域とゲート電極との間にGaAsよりも広いバンドギ
ャップを有する化合物半導体層を形成し、能動領域の高
濃度化及び薄層化に対処する試みがなされている。広い
バンドギャップを有する化合物半導体層には一般的にア
ンドープAlGaAs、InGaP等のIII− V 族化合
物半導体材料が使用される。この化合物半導体材料は、
能動領域の表面上にエピタキシャル成長法によりエピタ
キシャル成長薄膜として形成される。
In order to solve such a problem, a compound semiconductor layer having a band gap wider than GaAs is formed between the active region and the gate electrode to cope with a high concentration and a thin active region. Attempts have been made to do so. For a compound semiconductor layer having a wide band gap, a group III-V compound semiconductor material such as undoped AlGaAs or InGaP is generally used. This compound semiconductor material
An epitaxially grown thin film is formed on the surface of the active region by an epitaxial growth method.

【0004】しかしながら、化合物半導体材料のエピタ
キシャル成長薄膜においては、バンドギャップの拡大に
適した充分に低いキャリア濃度に設定することができ
ず、また正確な膜厚制御が行えない。すなわち、エピタ
キシャル成長薄膜の再現性が充分でなく均一性が得られ
ないので、特に量産を目的としたGaAsMESFET
の高性能化が実現できない。
However, in an epitaxially grown thin film of a compound semiconductor material, a sufficiently low carrier concentration suitable for widening the band gap cannot be set, and accurate film thickness control cannot be performed. That is, since the reproducibility of the epitaxially grown thin film is not sufficient and uniformity cannot be obtained, the GaAs MESFET particularly intended for mass production is used.
Cannot achieve high performance.

【0005】一方、再現性が高く、均一性が得られ、し
かも特定の領域に所望の性質を確保する選択性が高い優
れた方法として、イオン注入法を利用した種々の半導体
材料の製作方法が試みられている。特に最近、GaAs
化合物半導体基板の表面層に窒素イオンを高温度におい
てイオン注入し、GaN(窒化ガリウム)領域を形成し
た例が報告されている。GaNはGaAsに対し2倍以
上の広いバンドギャップを有する。
On the other hand, as an excellent method of obtaining high reproducibility, uniformity, and high selectivity for securing desired properties in a specific region, various methods for producing semiconductor materials using ion implantation are known. Attempted. Particularly recently, GaAs
There has been reported an example in which nitrogen ions are implanted into a surface layer of a compound semiconductor substrate at a high temperature to form a GaN (gallium nitride) region. GaN has a band gap more than twice as wide as GaAs.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来技術に係るGaN
領域の製造方法においては、以下の点の配慮がなされて
いない。窒素イオンのイオン注入は、基板温度を380
℃程度の高温度に維持しつつ、窒素イオンのドーズ量を
1.5×1017atoms /cm2 程度の高濃度に設定して行
われる。しかしながら、通常の量産ラインに組み込まれ
るイオン注入装置においては、基板加熱機構を備えてい
ないので、高温度に基板温度を維持しつつ、高濃度に窒
素イオンをイオン注入することができない。従って、G
aN領域そのものの形成が実現できないので、GaAs
MESFETの高性能化が実現できない。
SUMMARY OF THE INVENTION Conventional GaN
In the manufacturing method of the region, the following points are not taken into consideration. Nitrogen ion implantation is performed at a substrate temperature of 380.
This is carried out by setting the dose of nitrogen ions to a high concentration of about 1.5 × 10 17 atoms / cm 2 while maintaining the temperature at a high temperature of about ° C. However, since an ion implantation apparatus incorporated in a normal mass production line does not include a substrate heating mechanism, nitrogen ions cannot be implanted at a high concentration while maintaining the substrate temperature at a high temperature. Therefore, G
Since the formation of the aN region itself cannot be realized, GaAs
The high performance of the MESFET cannot be realized.

【0007】さらに、GaN領域をGaAsMESFE
Tに利用するには、バンドギャップを拡大してゲートリ
ーク電流の増大を抑制しつつ、空乏領域を充分に制御す
るために、GaAs化合物半導体基板の表面から10n
m以下の非常に浅い領域にGaN領域を形成する必要が
ある。しかしながら、前述と同様に通常のイオン注入装
置においては、基板表面の極めて浅い領域に注入ピーク
を持つイオン注入が実施できない。従って、GaAsM
ESFETに適したGaN領域が形成できないので、G
aAsMESFETの高性能化が実現できない。
Further, a GaN region is formed by GaAsMESFE.
In order to control the depletion region while increasing the band gap and suppressing the increase in the gate leakage current, the thickness of the GaAs compound semiconductor substrate is increased by 10 n from the surface of the GaAs compound semiconductor substrate.
It is necessary to form a GaN region in a very shallow region of m or less. However, in the same manner as described above, an ordinary ion implantation apparatus cannot perform ion implantation having an implantation peak in an extremely shallow region of the substrate surface. Therefore, GaAsM
Since a GaN region suitable for ESFET cannot be formed, G
The high performance of aAsMESFET cannot be realized.

【0008】さらに、最近においては、電子サイクロト
ロン共鳴(ECR:Electron Cyclotron Resonance)を
利用したプラズマ雰囲気中におけるイオン注入(PII
I:Plasma Immersion Ion Implantation)法の研究開
発が進められている。このECRを利用したPIII法
は、マイクロ波及び磁場を印加して発生する電子サイク
ロトロン共鳴を利用し、低いエネルギで高密度プラズマ
を発生させ、ガス分子をイオン化できる。従って、基板
表面に損傷を与えることなく、低い注入エネルギにおい
て高密度のイオン注入が行える。しかしながら、現在の
ところ、ECRを利用したPIII法を使用してGaA
sMESFETを製作した報告はなされていない。単純
にGaAsMESFETの製造プロセスにこの種のイオ
ン注入工程を組み込む場合には、通常の能動領域の形成
工程とは別の工程として新たに工程が追加されるので、
製造工程数が増大する。
Further, recently, ion implantation (PII) in a plasma atmosphere using electron cyclotron resonance (ECR) has been carried out.
I: Research and development of the Plasma Immersion Ion Implantation method is underway. The PIII method using the ECR utilizes electron cyclotron resonance generated by applying a microwave and a magnetic field, generates high-density plasma with low energy, and can ionize gas molecules. Therefore, high-density ion implantation can be performed at a low implantation energy without damaging the substrate surface. However, at present, GaAs using the PIII method utilizing ECR is used.
There have been no reports of producing sMESFETs. When this type of ion implantation step is simply incorporated into the manufacturing process of the GaAs MESFET, a new step is added as a separate step from the normal active area formation step.
The number of manufacturing steps increases.

【0009】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明は、バンドギャップ拡大
の再現性が高く、かつ均一性に優れ、リーク電流が減少
できるとともに耐圧が向上できる高性能な化合物半導体
素子の製造工程数を削減できる化合物半導体素子の製造
方法の提供にある。
The present invention has been made to solve the above problems. Therefore, the present invention provides a method of manufacturing a compound semiconductor device which has high reproducibility of band gap expansion, is excellent in uniformity, can reduce leakage current, and can improve the withstand voltage and can reduce the number of manufacturing steps of a high performance compound semiconductor device. In the offer.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載された発明は、化合物半導体素子の
製造方法において、半絶縁性GaAs化合物半導体基板
の主面部に、Be注入領域、前記Be注入領域よりも浅
い位置にSi注入領域、及び前記GaAs化合物半導体
基板を加熱しプラズマ雰囲気中において前記Si注入領
域よりも浅い位置に窒素イオンを注入した窒素注入領域
を形成する注入領域形成工程と、前記GaAs化合物半
導体基板の少なくとも主面にアニール保護膜を形成し、
前記窒素注入領域の窒素イオンと前記GaAs化合物半
導体基板のGaとを組成合成させGaN領域を形成する
アニール工程とを備え、前記アニール工程は、前記Be
注入領域及び前記Si注入領域をそれぞれ活性化するた
めのアニール処理を利用して行われることを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising the steps of: forming a Be injection region on a main surface of a semi-insulating GaAs compound semiconductor substrate; Forming an Si implanted region at a position shallower than the Be implanted region and a nitrogen implanted region formed by heating the GaAs compound semiconductor substrate and implanting nitrogen ions at a position shallower than the Si implanted region in a plasma atmosphere; a step, a pre-Symbol annealing protective film on at least the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate is formed,
And a annealing step of forming the nitrogen-implanted region nitrogen ions Ga and the GaN region is a composition combining the GaAs compound semiconductor substrate, the annealing step, the Be
Implanted region and the Si implanted region were each activated
The annealing is performed using an annealing process .

【0011】請求項2に記載された発明は、前記請求項
1に記載された化合物半導体素子の製造方法において、
前記注入領域形成工程は、前記Be注入領域及びSi注
入領域をイオン注入により形成した後に、硼素その他キ
ャリアを補償する不純物とともに窒素イオンを注入し窒
素注入領域を形成する工程であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a compound semiconductor device according to the first aspect,
The implantation region forming step is a step of forming a nitrogen implantation region by forming the Be implantation region and the Si implantation region by ion implantation, and then implanting nitrogen ions together with boron and other impurities for compensating carriers. .

【0012】請求項3に記載された発明は、前記請求項
1に記載された化合物半導体素子の製造方法において、
前記注入領域形成工程は、硼素その他キャリアを補償す
る不純物とともに窒素イオンを注入し窒素注入領域を形
成した後に、前記Be注入領域及びSi注入領域をイオ
ン注入により形成する工程であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a compound semiconductor device according to the first aspect,
The implantation region forming step is a step of implanting nitrogen ions together with boron or other impurities for compensating carriers to form a nitrogen implantation region, and then forming the Be implantation region and the Si implantation region by ion implantation. .

【0013】請求項4に記載された発明は、前記請求項
1乃至請求項3のいずれかに記載された化合物半導体素
子の製造方法において、前記注入領域形成工程の窒素注
入領域は、GaAs化合物半導体基板を300℃以上の
高温度に加熱した状態で、ECRを利用したイオン注入
により窒素イオンを注入することによって形成されるこ
とを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of the first to third aspects, the nitrogen implantation region in the implantation region forming step is a GaAs compound semiconductor. It is formed by implanting nitrogen ions by ion implantation using ECR while the substrate is heated to a high temperature of 300 ° C. or higher.

【0014】請求項5に記載された発明は、前記請求項
1乃至請求項4のいずれかに記載された化合物半導体素
子の製造方法において、前記アニール工程は、Si3
4 膜、SiO2 膜、WSiN膜のいずれかをアニール保
護膜として使用し、850−950℃のアニール温度に
おいて1秒−30分間のアニールを行う工程であること
を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the annealing step is performed using Si 3 N.
The process is characterized in that any one of the four films, the SiO 2 film and the WSiN film is used as an annealing protection film, and annealing is performed at an annealing temperature of 850 to 950 ° C. for 1 second to 30 minutes.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】実施の形態1 以下、本発明の実施の形態について、本発明を化合物半
導体素子としてGaAsMESFETに適用した場合を
説明する。図1乃至図6は本発明の実施の形態1に係る
GaAsMESFETの製造方法を説明する各工程毎に
示す断面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in which the present invention is applied to a GaAs MESFET as a compound semiconductor device. FIGS. 1 to 6 are cross-sectional views showing respective steps for explaining a method for manufacturing a GaAs MESFET according to the first embodiment of the present invention.

【0016】まず、図1に示すように、半絶縁性GaA
s化合物半導体基板1の主面部にBe注入領域2を形成
する。Be注入領域2はFETを動作させた時、ソース
・ドレイン間の特に基板中を流れる電流を抑制するため
に使用される。Be注入領域2は、1×1012−3×1
12 atoms/cm2 程度のドーズ量において、20−50
KeVのエネルギでBeイオンをイオン注入することに
より形成される。
First, as shown in FIG.
A Be implantation region 2 is formed in the main surface of the s-compound semiconductor substrate 1. The Be implantation region 2 is used to suppress a current flowing between the source and the drain, particularly in the substrate when the FET is operated. Be implantation region 2 is 1 × 10 12 −3 × 1
At a dose of about 0 12 atoms / cm 2 ,
It is formed by implanting Be ions at an energy of KeV.

【0017】次に、図2に示すように、GaAs化合物
半導体基板1の主面部においてBe注入領域2よりも浅
い位置にSi注入領域3を形成する。Si注入領域3は
GaAsMESFETのチャネル領域として使用され
る。Si注入領域3は、0.5×1013−3×1013 a
toms/cm2 程度のドーズ量において、10−30KeV
のエネルギでSiイオンをイオン注入することにより形
成される。
Next, as shown in FIG. 2, a Si implantation region 3 is formed at a position shallower than the Be implantation region 2 on the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate 1. The Si implantation region 3 is used as a channel region of the GaAs MESFET. The Si implantation region 3 has a size of 0.5 × 10 13 −3 × 10 13 a
10-30 KeV at a dose of about toms / cm 2
Formed by ion implantation of Si ions with the energy of

【0018】次に、図3に示すように、GaAs化合物
半導体基板1の主面部においてSi注入領域3よりも浅
い位置に窒素注入領域4を形成する。窒素注入領域4は
GaAsMESFETのチャネル領域とショットキーゲ
ート電極との間のバンドギャップを拡大することを目的
として形成される。窒素注入領域4は、基板加熱機構を
有するECR装置を使用し、ECRを利用したPIII
法により形成される。つまり、基板加熱機構によりGa
As化合物半導体基板1を300℃以上の高温度に維持
した状態において、プラズマ雰囲気中で窒素イオンのイ
オン注入を行うことにより、窒素注入領域4が形成され
る。窒素注入領域4の形成には、1×1016−2×10
17 atoms/cm2 程度(本実施の形態においては1.5×
1017 atoms/cm2 が使用される。)の高濃度のドーズ
量と、3KeV以下の低いエネルギとが使用される。こ
の窒素注入領域4はGaAs化合物半導体基板1の主面
から10nm以下の浅い領域に形成される。
Next, as shown in FIG. 3, a nitrogen implantation region 4 is formed at a position shallower than the Si implantation region 3 on the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate 1. The nitrogen implantation region 4 is formed for the purpose of expanding the band gap between the channel region of the GaAs MESFET and the Schottky gate electrode. Nitrogen implantation region 4 uses an ECR device having a substrate heating mechanism,
It is formed by a method. That is, Ga is applied by the substrate heating mechanism.
In a state where the As compound semiconductor substrate 1 is maintained at a high temperature of 300 ° C. or higher, nitrogen implantation is performed in a plasma atmosphere to form a nitrogen implantation region 4. 1 × 10 16 −2 × 10
Approximately 17 atoms / cm 2 (1.5 × in this embodiment)
10 17 atoms / cm 2 are used. ), And a low energy of 3 KeV or less. This nitrogen implantation region 4 is formed in a shallow region of 10 nm or less from the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate 1.

【0019】この窒素注入領域4の形成に際してECR
装置内には窒化硼素(BN)板が配設され、窒素注入領
域4には窒素イオンの注入と同時に硼素が添加される。
硼素はキャリアの補償に使用される。
In forming the nitrogen implantation region 4, an ECR
A boron nitride (BN) plate is provided in the apparatus, and boron is added to the nitrogen implantation region 4 simultaneously with the implantation of nitrogen ions.
Boron is used for carrier compensation.

【0020】次に、GaAs化合物半導体基板1の主面
上(窒素注入領域4の表面上)においてゲート電極形成
領域にショットキーゲート電極5を形成する(図4参
照)。そして、ショットキーゲート電極5をイオン注入
のマスクとして使用し、斜めイオン注入を行い、高濃度
のソース領域6S及びドレイン領域6Dを形成する。さ
らに、ショットキーゲート電極5のサイドエッチングを
行い、このショットキーゲート電極5をイオン注入のマ
スクとして使用し、斜めイオン注入を行い、図4に示す
ように、低濃度のソース領域7S及びドレイン領域7D
を形成する。すなわち、LDD構造を採用するGaAs
MESFET(Tr)が形成される。本実施の形態にお
いてLDD構造を採用するGaAsMESFET(T
r)は、低濃度のソース領域7Sに比べてドレイン領域
7Dの長さが短い非対称形状で形成される。
Next, a Schottky gate electrode 5 is formed in the gate electrode formation region on the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate 1 (on the surface of the nitrogen implantation region 4) (see FIG. 4). Then, using the Schottky gate electrode 5 as a mask for ion implantation, oblique ion implantation is performed to form high-concentration source and drain regions 6S and 6D. Further, the Schottky gate electrode 5 is side-etched, and the Schottky gate electrode 5 is used as a mask for ion implantation, oblique ion implantation is performed, and as shown in FIG. 7D
To form That is, GaAs employing the LDD structure
A MESFET (Tr) is formed. In this embodiment, the GaAs MESFET (T
r) is formed in an asymmetric shape in which the length of the drain region 7D is shorter than that of the low concentration source region 7S.

【0021】前記斜めイオン注入はGaAs化合物半導
体基板1の主面からの垂線に対して7−30度の角度を
持ってイオンを注入する。高濃度のソース領域6S及び
ドレイン領域6Dは、0.5×1014−1×1014 ato
ms/cm2 程度のドーズ量において、70−90KeVの
エネルギでSiイオンをイオン注入することにより形成
される。低濃度のソース領域7S及びドレイン領域7D
は、2×1013−6×1013 atoms/cm2 程度のドーズ
量において、30−50KeVのエネルギでSiイオン
をイオン注入することにより形成される。
In the oblique ion implantation, ions are implanted at an angle of 7 to 30 degrees with respect to a vertical line from the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate 1. The high-concentration source region 6S and drain region 6D are 0.5 × 10 14 -1 × 10 14 ato
It is formed by implanting Si ions at an energy of 70-90 KeV at a dose of about ms / cm 2 . Low concentration source region 7S and drain region 7D
Is formed by implanting Si ions at a dose of about 2 × 10 13 −6 × 10 13 atoms / cm 2 at an energy of 30 to 50 KeV.

【0022】次に、GaAs化合物半導体基板1の主面
を含むすべての表面を覆うアニール保護膜9を形成する
(図5参照)。本実施の形態においては、GaAsME
SFET(Tr)は単体デバイスとして形成されるの
で、全体にアニール保護膜9が形成される。GaAsM
ESFET(Tr)が複数配置され、それぞれのGaA
sMESFET(Tr)が互いに分離されている場合に
は、アニール保護膜9は少なくともそれぞれのGaAs
MESFET(Tr)を覆う形状で形成される。アニー
ル保護膜9には、耐熱性を有しかつ変質がほとんど発生
しない、例えばSi3 4 膜、SiO2 膜、WSiN膜
のいずれかの材料において形成される。
Next, an annealing protective film 9 covering all surfaces including the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate 1 is formed (see FIG. 5). In the present embodiment, GaAsME
Since the SFET (Tr) is formed as a single device, the annealing protection film 9 is entirely formed. GaAsM
A plurality of ESFETs (Tr) are arranged, and each GaAs
When the sMESFETs (Tr) are separated from each other, the annealing protection film 9 is formed of at least each GaAs.
It is formed in a shape covering the MESFET (Tr). The annealing protection film 9 is formed of any material such as a Si 3 N 4 film, a SiO 2 film, and a WSiN film, which has heat resistance and hardly causes deterioration.

【0023】そして、図5に示すように、前記アニール
保護膜9を使用し、アニールを行うことにより、既に形
成されたBe注入領域2、Si注入領域3の活性化を行
うとともに、窒素注入領域4の窒素とGaAs化合物半
導体基板1のGaとを組成合成しGaN領域4Nを形成
する。GaN領域4Nはバンドギャップを拡大する機能
を備える。勿論、前記アニールは高濃度のソース領域6
S、ドレイン領域6D、低濃度のソース領域7S、ドレ
イン領域7Dのそれぞれの活性化を行い、さらに前述の
各領域のイオン注入に起因する結晶ダメージの回復を行
う。アニールは、例えば、850−950℃のアニール
温度において、1秒−30分間行われる。
Then, as shown in FIG. 5, the Be implanted region 2 and the Si implanted region 3 which have already been formed are activated by annealing using the anneal protection film 9, and the nitrogen implanted region is activated. 4 and the Ga of the GaAs compound semiconductor substrate 1 are compositionally synthesized to form a GaN region 4N. The GaN region 4N has a function of expanding the band gap. Of course, the annealing is performed in the high concentration source region 6.
S, the drain region 6D, the low-concentration source region 7S, and the drain region 7D are activated, and the crystal damage due to the above-described ion implantation in each region is recovered. The annealing is performed at an annealing temperature of, for example, 850 to 950 ° C. for 1 second to 30 minutes.

【0024】次に、前述のアニール保護膜9を選択的に
除去し、図6に示すように、高濃度のソース領域6S上
にソース電極10S、ドレイン領域6D上にドレイン電
極10Dのそれぞれを形成する。このソース電極10
S、ドレイン電極10Dの形成工程が終了することによ
りGaAsMESFET(Tr)が完成し、製造プロセ
スが終了する。
Next, the above-described annealing protection film 9 is selectively removed to form a source electrode 10S on the high concentration source region 6S and a drain electrode 10D on the drain region 6D as shown in FIG. I do. This source electrode 10
The GaAs MESFET (Tr) is completed by completing the step of forming the S and drain electrodes 10D, and the manufacturing process ends.

【0025】実施の形態2 本実施の形態は、前述のGaAsMESFETの製造工
程において、Be注入領域2及びSi注入領域3の形成
工程と窒素注入領域4の形成工程とを入れ替えた例につ
いて説明する。図7乃至図9は本発明の実施の形態2に
係るGaAsMESFETの製造方法を説明する各工程
毎に示す断面図である。
Embodiment 2 In this embodiment, an example will be described in which the steps of forming the Be implantation region 2 and the Si implantation region 3 and the process of forming the nitrogen implantation region 4 are interchanged in the above-described GaAs MESFET manufacturing process. 7 to 9 are cross-sectional views showing respective steps for explaining a method for manufacturing a GaAs MESFET according to the second embodiment of the present invention.

【0026】まず、図7に示すように、GaAs化合物
半導体基板1の主面部に窒素注入領域4を形成する。こ
の窒素注入領域4は、前述の実施の形態1で説明した製
造方法と同様に、ECRを利用したPIII法において
形成される。
First, as shown in FIG. 7, a nitrogen implantation region 4 is formed in the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate 1. This nitrogen implantation region 4 is formed by a PIII method using ECR, similarly to the manufacturing method described in the first embodiment.

【0027】次に、図8に示すように、GaAs化合物
半導体基板1の主面部において、窒素注入領域4よりも
深い位置にBe注入領域2を形成する。Be注入領域2
は前述の実施の形態1で説明した製造方法と同様に形成
される。
Next, as shown in FIG. 8, a Be implantation region 2 is formed at a position deeper than the nitrogen implantation region 4 on the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate 1. Be injection region 2
Are formed in the same manner as in the manufacturing method described in the first embodiment.

【0028】次に、図9に示すように、GaAs化合物
半導体基板1の主面部において、窒素注入領域4よりも
深い位置でBe注入領域2よりも浅い位置にSi注入領
域3を形成する。Si注入領域3は前述の実施の形態1
で説明した製造方法と同様に形成される。
Next, as shown in FIG. 9, on the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate 1, a Si implantation region 3 is formed at a position deeper than the nitrogen implantation region 4 and shallower than the Be implantation region 2. The Si implantation region 3 is the same as that of the first embodiment.
It is formed in the same manner as in the manufacturing method described above.

【0029】引き続き、前述の実施の形態1で説明した
図4以降の製造方法と同様に、ショットキーゲート電極
5、高濃度ソース領域6S及びドレイン領域6D、低濃
度のソース領域7S及びドレイン領域7D、アニール保
護膜9のそれぞれを形成する。そして、アニールを行い
GaN領域4Nを形成し、アニール保護膜9を除去した
後、ソース電極10S及びドレイン電極10Dを形成す
る。この結果、GaAsMESFET(Tr)が完成
し、製造プロセスが終了する。
Subsequently, the Schottky gate electrode 5, the high-concentration source region 6S and the drain region 6D, the low-concentration source region 7S and the low-concentration source region 7D are formed in the same manner as in the manufacturing method of FIG. Then, each of the annealing protection films 9 is formed. Then, annealing is performed to form a GaN region 4N, and after removing the annealing protective film 9, a source electrode 10S and a drain electrode 10D are formed. As a result, the GaAs MESFET (Tr) is completed, and the manufacturing process ends.

【0030】なお、本発明は、GaAsMESFETに
限定されず、ショットキー接合を利用した可変抵抗素子
等に適用できる。
The present invention is not limited to a GaAs MESFET, but can be applied to a variable resistance element using a Schottky junction.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る化合
物半導体素子の製造方法においては、基板加熱機構を備
えECRソースを有するECR装置によってGaAs化
合物半導体基板の極めて浅い表面部分に低エネルギでか
つ高密度で窒素イオンを注入し、この注入された窒素と
GaAs化合物半導体基板のGaとでGaN領域が形成
できる。このGaN領域はバンドギャップを拡大し、し
かもGaN領域の再現性が高く、GaN領域は均一性に
優れているので、リーク電流が減少し耐圧が向上でき、
化合物半導体素子の高性能化が実現できる。この再現性
が高く、均一性に優れた性質を備えたGaN領域は化合
物半導体素子の能動領域の活性化を目的とするアニール
工程を兼用して形成されるので、製造工程数が削減でき
る。
As described above, in the method of manufacturing a compound semiconductor device according to the present invention, an ECR apparatus having a substrate heating mechanism and having an ECR source has a low energy on an extremely shallow surface portion of a GaAs compound semiconductor substrate. Nitrogen ions are implanted at a high density, and a GaN region can be formed by the implanted nitrogen and Ga of the GaAs compound semiconductor substrate. This GaN region increases the band gap, and furthermore, the reproducibility of the GaN region is high, and the GaN region is excellent in uniformity.
Higher performance of the compound semiconductor device can be realized. Since the GaN region having high reproducibility and excellent uniformity is formed by also using the annealing process for activating the active region of the compound semiconductor device, the number of manufacturing steps can be reduced.

【0032】さらに、アニール保護膜の材質及び生成ガ
スを適切に選択することにより、ECR装置のチャンバ
内において大気解放することなくイオン注入に引き続き
連続してアニール保護膜が形成できる。この結果、Ga
As化合物半導体基板とGaN領域との間の界面、Ga
N領域とその表面上に形成されるアニール保護膜との間
の界面の清浄化が促進できるので、より一層、GaN領
域の再現性、均一性が図れる。
Further, by appropriately selecting the material of the annealing protection film and the generated gas, the annealing protection film can be formed continuously after the ion implantation without being released to the atmosphere in the chamber of the ECR apparatus. As a result, Ga
The interface between the As compound semiconductor substrate and the GaN region, Ga
Since the cleaning of the interface between the N region and the annealing protective film formed on the surface can be promoted, the reproducibility and uniformity of the GaN region can be further improved.

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

【図1】 本発明の実施の形態1に係るGaAsMES
FETの製造方法を説明する第1工程の断面図である。
FIG. 1 shows a GaAs MES according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a first step for describing the method for manufacturing an FET.

【図2】 第2工程の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a second step.

【図3】 第3工程の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a third step.

【図4】 第4工程の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a fourth step.

【図5】 第5工程の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a fifth step.

【図6】 第6工程の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a sixth step.

【図7】 本発明の実施の形態2に係るGaAsMES
FETの製造方法を説明する第1工程の断面図である。
FIG. 7 shows a GaAs MES according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a first step for describing the method for manufacturing an FET.

【図8】 第2工程の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a second step.

【図9】 第3工程の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a third step.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs化合物半導体基板、2 Be注入領域、3
Si注入領域、4窒素注入領域、4N GaN領域、
5 ショットキーゲート電極、6S、7Sソース領域、
6D、7D ドレイン領域、9 アニール保護膜、10
S ソース電極、10D ドレイン電極。
1 GaAs compound semiconductor substrate, 2 Be implantation region, 3
Si implantation region, 4 nitrogen implantation region, 4N GaN region,
5 Schottky gate electrode, 6S, 7S source region,
6D, 7D drain region, 9 annealing protective film, 10
S source electrode, 10D drain electrode.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−87024(JP,A) 特開 平1−93173(JP,A) 特開 昭63−29935(JP,A) 特開 昭64−2368(JP,A) 特開 平8−148510(JP,A) 特開 平5−82555(JP,A) 特開 平3−273632(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 29/812 Continuation of the front page (56) References JP-A-3-87024 (JP, A) JP-A-1-93173 (JP, A) JP-A-63-29935 (JP, A) JP-A-64-2368 (JP) JP-A-8-148510 (JP, A) JP-A-5-82555 (JP, A) JP-A-3-273632 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB (Name) H01L 21/338 H01L 29/812

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半絶縁性GaAs化合物半導体基板の主
面部に、Be注入領域、前記Be注入領域よりも浅い位
置にSi注入領域、及び前記GaAs化合物半導体基板
を加熱しプラズマ雰囲気中において前記Si注入領域よ
りも浅い位置に窒素イオンを注入した窒素注入領域を形
成する注入領域形成工程と、 前記GaAs化合物半導体基板の少なくとも主面にアニ
ール保護膜を形成し、前記窒素注入領域の窒素イオンと
前記GaAs化合物半導体基板のGaとを組成合成させ
GaN領域を形成するアニール工程と、 を備え、前記アニール工程は、前記 Be注入領域及び前記Si注
入領域をそれぞれ活性化するためのアニール処理を利用
して行われること、 特徴とする化合物半導体素子の製造方法。
A semi-insulating GaAs compound semiconductor substrate having a Be implantation region at a main surface thereof, a Si implantation region at a position shallower than the Be implantation region, and heating the GaAs compound semiconductor substrate to form the Si implantation in a plasma atmosphere. an injection region forming step of forming a nitrogen implanted region by implanting nitrogen ions into a position shallower than the region, the annealing protective film formed on at least the main surface of the GaAs compound semiconductor substrate, wherein the nitrogen ions before Symbol nitrogen implanted region includes a annealing step of forming a GaN region is composition synthesized and GaAs compound semiconductor substrate Ga, and the annealing step utilizes an annealing treatment for each activating the be implantation region and the Si-implanted region method of manufacturing a compound semiconductor device, characterized in that, to be performed.
【請求項2】 前記請求項1に記載された化合物半導体
素子の製造方法において、 前記注入領域形成工程は、前記Be注入領域及びSi注
入領域をイオン注入により形成した後に、硼素その他キ
ャリアを補償する不純物とともに窒素イオンを注入し窒
素注入領域を形成する工程であることを特徴とする化合
物半導体素子の製造方法。
2. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein said implanting region forming step compensates boron and other carriers after forming said Be implanted region and Si implanted region by ion implantation. A method for producing a compound semiconductor device, comprising a step of implanting nitrogen ions together with impurities to form a nitrogen implanted region.
【請求項3】 前記請求項1に記載された化合物半導体
素子の製造方法において、 前記注入領域形成工程は、硼素その他キャリアを補償す
る不純物とともに窒素イオンを注入し窒素注入領域を形
成した後に、前記Be注入領域及びSi注入領域をイオ
ン注入により形成する工程であることを特徴とする化合
物半導体素子の製造方法。
3. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein said implanted region forming step comprises implanting nitrogen ions together with boron and other impurities for compensating carriers to form a nitrogen implanted region. A method for manufacturing a compound semiconductor device, comprising forming a Be implantation region and a Si implantation region by ion implantation.
【請求項4】 前記請求項1乃至請求項3のいずれかに
記載された化合物半導体素子の製造方法において、 前記注入領域形成工程の窒素注入領域は、GaAs化合
物半導体基板を300℃以上の高温度に加熱した状態
で、電子サイクロトロン共鳴を利用したイオン注入によ
り窒素イオンを注入することによって形成されることを
特徴とする化合物半導体素子の製造方法。
4. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the nitrogen implanted region in the implanted region forming step is a process in which the GaAs compound semiconductor substrate is heated to a high temperature of 300 ° C. or more. A method for producing a compound semiconductor device, characterized by being formed by implanting nitrogen ions by ion implantation utilizing electron cyclotron resonance in a state of being heated.
【請求項5】 前記請求項1乃至請求項4のいずれかに
記載された化合物半導体素子の製造方法において、 前記アニール工程は、Si3 4 膜、SiO2 膜、WS
iN膜のいずれかをアニール保護膜として使用し、85
0−950℃のアニール温度において1秒−30分間の
アニールを行う工程であることを特徴とする化合物半導
体素子の製造方法。
5. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the annealing is performed using a Si 3 N 4 film, a SiO 2 film, a WS
Using one of the iN films as an annealing protection film, 85
A method for producing a compound semiconductor device, comprising the step of performing annealing for 1 second to 30 minutes at an annealing temperature of 0 to 950 ° C.
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