JP3407926B2 - Doping method, semiconductor device, resistance layer, method of manufacturing field effect transistor, method of manufacturing semiconductor circuit element, method of manufacturing electric conduction region, method of forming quantum wire, method of forming quantum box, quantum wire transistor, semiconductor integrated circuit Manufacturing method, electron wave interference device - Google Patents

Doping method, semiconductor device, resistance layer, method of manufacturing field effect transistor, method of manufacturing semiconductor circuit element, method of manufacturing electric conduction region, method of forming quantum wire, method of forming quantum box, quantum wire transistor, semiconductor integrated circuit Manufacturing method, electron wave interference device

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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、GaAs,AlGaA
s等の III−V族化合物半導体に対してシリコンを拡散
させるドーピング方法、並びに、このドーピング方法を
用いて形成したドーピング層を有する半導体装置及びそ
の製造方法に関する。
The present invention relates to GaAs, AlGaA
The present invention relates to a doping method for diffusing silicon into a III-V group compound semiconductor such as s, a semiconductor device having a doping layer formed by using this doping method, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板への不純物ドーピング方法と
しては、結晶成長法以外にイオン注入方法及び拡散方法
が良く知られている。特に、Siを基板として用いるS
iデバイスに対しては、Si基板内に不純物をドーピン
グする重要な技術としてこのイオン注入方法及び拡散方
法が確立されている。
2. Description of the Related Art As a method for doping impurities into a semiconductor substrate, an ion implantation method and a diffusion method are well known in addition to the crystal growth method. In particular, S using Si as a substrate
For the i-device, this ion implantation method and diffusion method have been established as important techniques for doping impurities in the Si substrate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】一方、GaAs,Ga
P,InP等の III−V族化合物半導体基板へ不純物を
ドーピングする場合には、高温処理を施すと基板結晶の
化学量論的組成がずれ易くなるという本質的な課題があ
り、各基板毎にそれぞれに適したドーピング方法を確立
しなければならず、まだその一部しか確立されていな
い。例えば、GaAs基板を例にとると、イオン注入方
法と拡散方法の一部(Zn拡散によるp型不純物層の形
成)とが確立されているだけである。n型不純物層を形
成するための拡散方法が確立されていない主な理由は、
拡散温度が高い(800℃以上)ので、Asの解離によるG
aAs基板結晶の化学量論的な組成ずれが生じ易く、制
御性良く拡散を行えないからである。
On the other hand, GaAs, Ga
When doping a III-V compound semiconductor substrate such as P or InP with impurities, there is an essential problem that the stoichiometric composition of the substrate crystal tends to shift when high temperature treatment is performed. It is necessary to establish a doping method suitable for each, and only some of them have not been established yet. For example, taking a GaAs substrate as an example, only an ion implantation method and a part of the diffusion method (formation of a p-type impurity layer by Zn diffusion) are established. The main reason why the diffusion method for forming the n-type impurity layer has not been established is
Since the diffusion temperature is high (800 ° C or higher), G due to dissociation of As
This is because a stoichiometric composition shift of the aAs substrate crystal is likely to occur and diffusion cannot be performed with good controllability.

【0004】本発明の1つの目的は、 III−V族化合物
半導体上にノンドープのSiOx 膜とV族原子拡散防止
膜との積層膜を形成した後に単に熱処理を施すだけでシ
リコンを III−V族化合物半導体中に容易に拡散でき
る、従来の方法とは全く異なった新規のドーピング方法
を提供することにある。
It is an object of the present invention to form a laminated film of a non-doped SiO x film and a group V atom diffusion preventing film on a group III-V compound semiconductor and then heat the silicon to form III-V. It is an object of the present invention to provide a novel doping method which can be easily diffused into a group compound semiconductor and which is completely different from the conventional method.

【0005】また、本発明の他の目的は、この新規のド
ーピング方法を利用して形成したドーピング層を有する
半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a doping layer formed by utilizing this novel doping method and a method of manufacturing the same.

【0006】本発明の更に他の目的は、半導体層に凹部
を設けて該凹部の側面に電流を流すことにより、半導体
層上の抵抗層の占有面積を変化させずに、抵抗値の設定
及びオーミック特性を向上できる抵抗層を提供すること
にある。
Still another object of the present invention is to provide a concave portion in a semiconductor layer and pass a current through the side surface of the concave portion, thereby setting the resistance value and setting the resistance value without changing the occupied area of the resistive layer on the semiconductor layer. It is to provide a resistance layer capable of improving ohmic characteristics.

【0007】本発明の更に他の目的は、従来はドーピン
グを行うことが困難であった部分に面内均一性が良好な
ドーピングを行うことが可能な電界効果型トランジスタ
の製造方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a field effect transistor capable of performing doping with good in-plane uniformity in a portion where it has been difficult to dope conventionally. It is in.

【0008】本発明の更に他の目的は、GaAs基板等
の III−V族の化合物半導体基板を用いた縦型の電界効
果型トランジスタを再現性良く製造することができる電
界効果型トランジスタの製造方法を提供することにあ
る。
Still another object of the present invention is a method of manufacturing a field effect transistor capable of manufacturing a vertical field effect transistor using a III-V group compound semiconductor substrate such as a GaAs substrate with good reproducibility. To provide.

【0009】本発明の更に他の目的は、ゲート耐圧を下
げることなくドレイン−ソース間抵抗を小さくでき、ニ
ー電圧を下げて大きな出力パワーを取り出すことがで
き、電力変換効率の高効率化,トランジスタ特性の向上
を図れる電界効果型トランジスタの製造方法を提供する
ことにある。
Still another object of the present invention is to reduce the drain-source resistance without lowering the gate breakdown voltage, to lower the knee voltage and to obtain a large output power, to improve the power conversion efficiency, and to improve the transistor efficiency. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a field effect transistor capable of improving the characteristics.

【0010】本発明の更に他の目的は、容易により高い
不純物濃度を有するドーピング層を形成できる電界効果
型トランジスタの製造方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a field effect transistor which can easily form a doping layer having a higher impurity concentration.

【0011】本発明の更に他の目的は、V族原子拡散防
止膜の膜厚を制御することにより、異なる抵抗値を有す
る複数の導電層を同時的に形成することが可能な半導体
回路素子の製造方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a semiconductor circuit element capable of simultaneously forming a plurality of conductive layers having different resistance values by controlling the film thickness of the group V atom diffusion preventing film. It is to provide a manufacturing method.

【0012】本発明の更に他の目的は、一旦製造された
電界効果型トランジスタを低温で加熱処理することによ
り、その電流値及び閾値電圧を高めることができて、歩
留りが向上する電界効果型トランジスタの製造方法を提
供することにある。
Still another object of the present invention is to improve the yield by increasing the current value and the threshold voltage of a field effect transistor once manufactured by heat treatment at a low temperature. It is to provide a manufacturing method of.

【0013】本発明の更に他の目的は、上述の本発明の
ドーピング方法を用いた、従来とは全く異なった新規の
電気伝導領域の作製方法を提供することにある。
Yet another object of the present invention is to provide a novel method for producing an electrically conductive region, which is completely different from the conventional one, using the above-described doping method of the present invention.

【0014】本発明の更に他の目的は、本発明のドーピ
ング方法を用いて量子細線を形成し、Siを拡散するた
めの拡散層の厚さを制御することにより、結晶欠陥を生
じさせずに、チャネル幅を精度良く細くし、また形状の
制約を受けずに量子細線を形成できる量子細線の形成方
法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to form quantum wires using the doping method of the present invention and control the thickness of a diffusion layer for diffusing Si, thereby preventing crystal defects. Another object of the present invention is to provide a method for forming a quantum thin wire, which can form a quantum thin wire with a narrow channel width with high accuracy and without being restricted by the shape.

【0015】本発明の更に他の目的は、異種類の III−
V族化合物半導体にSiを拡散して夫々に拡散部を形成
し、拡散部の深さの差を量子細線のチャネル幅とするこ
とにより、結晶欠陥を生じさせずに、チャネル幅を精度
良く細く形成することができる量子細線の形成方法を提
供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a different kind of III-
Si is diffused into the group V compound semiconductor to form respective diffusion portions, and the difference in the depths of the diffusion portions is used as the channel width of the quantum thin line, so that the channel width can be accurately reduced without causing crystal defects. It is to provide a method of forming a quantum wire that can be formed.

【0016】本発明の更に他の目的は、鋸歯状に加工さ
れた広禁止帯半導体層上にSiOx膜及びV族原子拡散
防止膜からなる積層構造膜を形成して熱処理を施し、広
禁止帯半導体層表面にドーピング層を形成することによ
り、この鋸歯状の凹部下に良質で微細な量子細線または
量子箱を形成する方法、及びこの量子細線を備えた量子
細線トランジスタを提供することにある。
Still another object of the present invention is to form a laminated structure film composed of a SiO x film and a group V atom diffusion prevention film on a wide bandgap semiconductor layer processed into a sawtooth shape, and heat-treat the layer to form a wide bandgap. (EN) A method for forming a fine quantum wire or a quantum box under a sawtooth-shaped recess by forming a doping layer on the surface of a band semiconductor layer, and a quantum wire transistor provided with this quantum wire. .

【0017】本発明の更に他の目的は、本発明のドーピ
ング方法を用いることにより、 III−V族化合物からな
る半導体層に所定の深さ, 所定の濃度でSiを拡散させ
て、従来の選択エッチング技術を用いることなく変調ド
ープ電界効果型トランジスタの如き半導体回路素子を製
造する方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is the dope of the present invention.
By using the ring method, III-V compound made of a semiconductor layer to a predetermined depth, by diffusing Si at a predetermined concentration, such as modulation doped field effect transistor without using a conventional selective etching technique semiconductor It is to provide a method of manufacturing a circuit element.

【0018】本発明の更に他の目的は、本発明のドーピ
ング方法を用いて、異種の特性を有する複数の素子、例
えば低雑音性デバイス及び高利得デバイスをモノリシッ
クに作製することが可能な半導体集積回路の製造方法を
提供することにある。
Still another object of the present invention is to use the doping method of the present invention to monolithically manufacture a plurality of elements having different characteristics, for example, a low noise device and a high gain device. It is to provide a method of manufacturing a circuit.

【0019】本発明の更に他の目的は、本発明のドーピ
ング法を用いて形成した高濃度層をチャネル層として設
けることにより、チャネル層の形成時において複雑な技
術を用いることがなく、集積回路化に適した構造となり
得る電子波干渉素子を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a high-concentration layer formed by using the doping method of the present invention as a channel layer, so that a complicated technique is not used at the time of forming the channel layer and an integrated circuit is formed. An object of the present invention is to provide an electron wave interference element that can have a structure suitable for use in the electronic device.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明(請求項1)に係
るドーピング方法は、 III−V族化合物半導体に不純物
をドーピングする方法において、前記 III−V族化合物
半導体の結晶にノンドープのシリコン酸化膜(SiOx
膜)と前記 III−V族化合物半導体の結晶を構成するV
族原子の外部拡散を防止する膜とを順次積層する工程
と、これらに少なくとも1回以上の加熱処理を施すこと
により、前記 III−V族化合物半導体に前記SiOx 膜
内のシリコン(Si)を拡散させる工程とを有し、前記
SiOx 膜のxはx<2であることを特徴とする。
The doping method according to the present invention (claim 1) is a method of doping impurities in a III-V compound semiconductor, wherein the crystal of the III-V compound semiconductor is non-doped silicon oxide. Membrane (SiOx
Film) and V constituting the crystal of the III-V compound semiconductor
Silicon (Si) in the SiOx film is diffused into the III-V group compound semiconductor by sequentially laminating a film for preventing out-diffusion of group atoms and subjecting these to at least one heat treatment. possess a step of the
The x of the SiOx film is characterized by x <2 .

【0021】請求項2に係るドーピング方法は、請求項
1において、前記 III−V族化合物半導体は、GaAs
系,InP系,AlAs系,AlGaAs系,InGa
As系及びInAlAs系からなる群から少なくとも1
つ以上選ばれたものであることを特徴とする。
A doping method according to claim 2 is the doping method according to claim 1, wherein the III-V group compound semiconductor is GaAs.
System, InP system, AlAs system, AlGaAs system, InGa
At least one selected from the group consisting of As-based and InAlAs-based
It is characterized by being selected one or more.

【0022】請求項3に係るドーピング方法は、請求項
1において、V族原子の外部拡散を防止する前記膜は、
SiN膜,AlN膜,WSi膜及びWSiN膜からなる
群から選ばれたものであることを特徴とする。
A doping method according to a third aspect is the doping method according to the first aspect, wherein the film for preventing outdiffusion of a group V atom is
It is characterized by being selected from the group consisting of SiN film, AlN film, WSi film and WSiN film.

【0023】[0023]

【0024】請求項4に係るドーピング方法は、請求項
1において、前記2つの膜を積層した後、これらの2つ
の膜を所定領域のみ残存させるか、またはSiOx 膜と
所定領域のV族原子の外部拡散を防止する膜を残存させ
る工程を更に有することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the doping method according to the first aspect, after the two films are laminated, only these two films are left in a predetermined region, or the SiOx film and a group V atom in a predetermined region are removed. The method is characterized by further including a step of leaving a film for preventing outdiffusion.

【0025】請求項5に係るドーピング方法は、請求項
1において、前記2つの膜を積層する際に、少なくとも
1つの膜の膜厚及び/または膜特性を変化させて、加熱
処理後のSiの拡散プロファイルを変化させることを特
徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the doping method according to the first aspect, at the time of stacking the two films, the film thickness and / or film characteristics of at least one film are changed so that Si after heat treatment is changed. It is characterized by changing the diffusion profile.

【0026】請求項6に係る半導体装置は、請求項1記
載のドーピング方法を用いて形成されたドーピング層を
有することを特徴とする。
A semiconductor device according to a sixth aspect is characterized by having a doping layer formed by using the doping method according to the first aspect.

【0027】請求項7に係る半導体装置は、請求項6に
おいて、前記半導体装置が、電界効果型トランジスタ,
ダイオード,抵抗層を少なくとも1つ以上有する集積回
路であることを特徴とする。
A semiconductor device according to a seventh aspect is the semiconductor device according to the sixth aspect, wherein the semiconductor device is a field effect transistor,
It is an integrated circuit having at least one or more diodes and resistance layers.

【0028】請求項8に係る半導体装置は、請求項6
おいて、前記半導体装置が、2次元または1次元電子ガ
ス層を有する量子効果素子,0次元の量子箱,及び電子
波の干渉を用いた素子からなる群から選ばれたものであ
ることを特徴とする。
A semiconductor device according to an eighth aspect is the semiconductor device according to the sixth aspect , wherein the semiconductor device uses a quantum effect element having a two-dimensional or one-dimensional electron gas layer, a zero-dimensional quantum box, and electron wave interference. It is characterized in that it is selected from the group consisting of elements.

【0029】請求項9に係る抵抗層は、電極間の半導体
層表面に不純物を拡散して形成された抵抗層において、
前記半導体層に凹部を備え、該凹部の側面及び底面に請
求項1記載のドーピング法を用いて不純物が拡散されて
おり、前記凹部は、前記電極間を流れる電流の距離及び
それが流れる部分の断面積が所定値であるような側面面
積を有していることを特徴とする。
A resistance layer according to a ninth aspect is a resistance layer formed by diffusing impurities on a surface of a semiconductor layer between electrodes,
The semiconductor layer is provided with a recess, and impurities are diffused on a side surface and a bottom surface of the recess by using the doping method according to claim 1. The recess has a distance of a current flowing between the electrodes and a portion where the current flows. It is characterized by having a side surface area such that the cross-sectional area is a predetermined value.

【0030】請求項10に係る電界効果型トランジスタ
の製造方法は、 III−V族化合物からなる基板表面に、
ゲート電極直下の低濃度ドーピング層と、ソース・ドレ
イン領域の高濃度ドーピング層と、前記低,高濃度ドー
ピング層間の中濃度ドーピング層とを有する電界効果型
トランジスタを製造する方法において、前記基板表面に
低濃度ドーピング層を形成する工程と、該低濃度ドーピ
ング層の上面中央にゲート電極を形成する工程と、ノン
ドープのSiOx 膜及びV族原子拡散防止膜を前記低濃
度ドーピング層の上面に形成する工程と、前記低濃度ド
ーピング層の両端部に高濃度ドーピング層を形成する工
程と、熱処理により前記SiOx 膜内のSiを前記基板
に拡散させて、前記ゲート電極の下側を除く前記低濃度
ドーピング層に中濃度ドーピング層を形成する工程と、
前記高濃度ドーピング層の上面にオーミック電極を形成
する工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2である
ことを特徴とする。
A method of manufacturing a field effect transistor according to a tenth aspect of the present invention comprises:
A method for manufacturing a field effect transistor having a low-concentration doping layer immediately below a gate electrode, a high-concentration doping layer in source / drain regions, and a middle-concentration doping layer between the low- and high-concentration doping layers, wherein Forming a low-concentration doping layer, forming a gate electrode in the center of the upper surface of the low-concentration doping layer, and forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film on the upper surface of the low-concentration doping layer And forming a high-concentration doping layer on both ends of the low-concentration doping layer, and heat treating the Si in the SiOx film to the substrate.
And forming a medium-concentration doping layer in the low-concentration doping layer except the lower side of the gate electrode,
Possess and forming an ohmic electrode on the upper surface of the high-concentration doped layer, x of the SiOx film is a x <2
It is characterized by

【0031】請求項11に係る電界効果型トランジスタ
の製造方法は、 III−V族の化合物半導体基板を用いて
電界効果型トランジスタを製造する方法において、前記
化合物半導体基板を選択的に略垂直にエッチングする工
程と、選択的にエッチングされた化合物半導体基板の側
面及び上面にノンドープのSiOx 膜及びV族原子拡散
防止膜の積層膜を形成する工程と、該積層膜が形成され
た化合物半導体基板に熱処理を施して前記SiOx 膜内
Siを化合物半導体基板に拡散させて動作層を形成す
る工程と、化合物半導体基板の上面の動作層上にソース
電極,ドレイン電極を形成する工程と、化合物半導体基
板の側面の動作層上にゲート電極を形成する工程とを有
し、前記SiOx 膜のxはx<2であることを特徴とす
る。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 11 is a method of manufacturing a field effect transistor using a III-V group compound semiconductor substrate, wherein the compound semiconductor substrate is selectively etched substantially vertically. And a step of forming a laminated film of a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film on the side surface and the upper surface of the selectively etched compound semiconductor substrate, and heat treating the compound semiconductor substrate on which the laminated film is formed. The inside of the SiOx film
Forming a compound operation layer is diffused into the semiconductor substrate of Si, compound source electrode on the semiconductor substrate of the upper surface of the operation layer, and forming a drain electrode, a gate on the active layer side of the compound semiconductor substrate A step of forming electrodes
However , x of the SiOx film is characterized by x <2 .

【0032】請求項12に係る電界効果型トランジスタ
の製造方法は、 III−V族の化合物半導体基板に動作層
と不純物拡散層とを有し、前記動作層上にゲート電極が
設けられ、前記不純物拡散層上にソース電極及びドレイ
ン電極が設けられている電界効果型トランジスタを製造
する方法において、 III−V族の化合物半導体基板にエ
ッチングを施して段差部を形成する工程と、段差部上部
に前記動作層を形成する工程と、化合物半導体基板の段
差部側部及び段差部下部にノンドープのSiOx膜及び
V族原子拡散防止膜の積層膜を形成する工程と、該積層
膜が形成された化合物半導体基板に熱処理を施して前記
SiOx 膜内のSiを化合物半導体基板に拡散させて前
記不純物拡散層を形成する工程とを有し、前記SiOx
膜のxはx<2であることを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a field effect transistor, wherein a compound semiconductor substrate of a III-V group has an operating layer and an impurity diffusion layer, a gate electrode is provided on the operating layer, and the impurity is included. In a method of manufacturing a field effect transistor having a source electrode and a drain electrode provided on a diffusion layer, a step of etching a III-V group compound semiconductor substrate to form a step, and a step above the step. A step of forming an operating layer, a step of forming a laminated film of a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion prevention film on a side portion of a compound semiconductor substrate and a lower portion of the step portion, and a compound semiconductor on which the laminated film is formed the heat treatment is performed to the substrate
By diffusing Si in SiOx film on the compound semiconductor substrate possess and forming the impurity diffusion layer, the SiOx
The x of the membrane is characterized by x <2 .

【0033】請求項13に係る電界効果型トランジスタ
の製造方法は、 III−V族化合物半導体基板に、不純物
濃度が異なる複数のドーピング層を備える電界効果型ト
ランジスタを製造する方法において、前記 III−V族化
合物半導体基板上に、ノンドープのSiOx 膜とV族原
子拡散防止膜とをこの順に積層する工程と、熱処理を施
して前記 III−V族化合物半導体基板中に前記SiOx
膜内のSiを拡散させてドーピング層を形成する工程
と、所要領域の前記SiOx 膜及び前記V族原子拡散防
止膜を除去する工程と、さらに熱処理を施して、前記S
iOx 膜及び前記V族原子拡散防止膜が存在する領域
に、前記ドーピング層よりも不純物濃度が高いドーピン
グ層を形成する工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx
<2であることを特徴とする。
A method of manufacturing a field effect transistor according to a thirteenth aspect is the method of manufacturing a field effect transistor having a plurality of doping layers having different impurity concentrations on a III-V compound semiconductor substrate. to the family compound semiconductor substrate, the SiOx the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film doped laminating in this order, by heat treatment in the group III-V compound semiconductor substrate
A step of diffusing Si in the film to form a doping layer, a step of removing the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film in a required region, and a heat treatment to obtain the S
a region iOx film and the Group V atom diffusion preventing film exists, have a forming a high doping layer impurity concentration than the doping layer, x of the SiOx film x
<2 .

【0034】請求項14に係る半導体回路素子の製造方
法は、 III−V族化合物半導体に不純物をドーピング
し、抵抗値が異なる導電層を有する半導体回路素子を製
造する方法において、前記 III−V族化合物半導体上に
ノンドープのSiOx 膜とV族原子拡散防止膜とをこの
順に形成する工程と、抵抗値が高い導電層を形成する部
分の前記V族原子拡散防止膜の厚みを削減する工程と、
この III−V族化合物半導体に熱処理を施して III−V
族化合物半導体中に前記SiOx 膜内のSiを拡散させ
る工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2であるこ
とを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor circuit element, wherein the group III-V compound semiconductor is doped with impurities to manufacture a semiconductor circuit element having conductive layers having different resistance values. A step of forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventive film on the compound semiconductor in this order, a step of reducing the thickness of the group V atom diffusion preventive film in a portion where a conductive layer having a high resistance value is formed,
This III-V compound semiconductor is heat treated to obtain III-V
Possess a step of diffusing Si of the SiOx the film in the family compound semiconductor, x of the SiOx film x <2 Dearuko
And are characterized.

【0035】請求項15に係る半導体回路素子の製造方
法は、 III−V族化合物半導体に不純物をドーピング
し、抵抗値が異なる導電層を有する半導体回路素子を製
造する方法において、 III−V族化合物半導体であるノ
ンドープの狭禁止帯半導体層上に広禁止帯半導体層を形
成してヘテロ接合層を形成する工程と、該ヘテロ接合層
上にノンドープのSiOx 膜とV族原子拡散防止膜とを
この順に形成する工程と、抵抗値が高い導電層を形成す
る部分の前記V族原子拡散防止膜の厚みを削減する工程
と、この III−V族化合物半導体に熱処理を施して III
−V族化合物半導体中に前記SiOx 膜内のSiを拡散
させる工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2であ
ることを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor circuit element according to a fifteenth aspect is a method for manufacturing a semiconductor circuit element having conductive layers having different resistance values by doping a III-V group compound semiconductor with impurities. A step of forming a heterojunction layer by forming a wide bandgap semiconductor layer on a non-doped narrow bandgap semiconductor layer which is a semiconductor; and a step of forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion prevention film on the heterojunction layer. A step of sequentially forming, a step of reducing the thickness of the V-group atom diffusion preventing film in a portion where a conductive layer having a high resistance value is formed, and a heat treatment of the III-V group compound semiconductor to perform III.
The Si of the SiOx the film -V compound in semiconductor possess a step of diffusing, x of the SiOx film x <2 der
It is characterized by

【0036】請求項16に係る電界効果型トランジスタ
の製造方法は、 III−V族化合物半導体層中に形成され
たドーピング層をチャネル層または電子供給層として備
える電界効果型トランジスタを製造する方法において、
III−V族化合物半導体層上にノンドープのSiOx 膜
とV族原子拡散防止膜とをこの順に形成する工程と、熱
処理を施して前記 III−V族化合物半導体層中に前記S
iOx 膜内のSiを拡散させ前記ドーピング層を形成す
る工程と、前記ドーピング層にさらに熱処理を施して、
ドーピング層中のSiを前記 III−V族化合物半導体層
中にさらに拡散させてドーピング層を厚くする工程とを
し、前記SiOx 膜のxはx<2であることを特徴と
する。
A method of manufacturing a field effect transistor according to a sixteenth aspect is a method of manufacturing a field effect transistor including a doping layer formed in a III-V compound semiconductor layer as a channel layer or an electron supply layer.
A step of forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film in this order on the group III-V compound semiconductor layer, and a heat treatment to form the S in the group III-V compound semiconductor layer.
a step of diffusing Si in the iOx film to form the doping layer, and further performing a heat treatment on the doping layer,
The Si doping layer by further diffused into the group III-V compound semiconductor layer have a a step of thickening the doping layer, x of the SiOx film is characterized by an x <2.

【0037】請求項17に係る電気伝導領域の作製方法
は、 III−V族化合物半導体に不純物を注入して、1次
元または2次元の電気伝導領域を作製する方法におい
て、前記III−V族化合物半導体にノンドープのSiOx
膜とV族拡散防止膜とをこの順に形成する工程と、前
記電気伝導領域を形成すべき部分以外の前記V族拡散防
止膜を除去する工程と、熱処理を施して前記 III−V族
化合物半導体中に前記SiOx 膜内のSiを拡散させる
工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2であること
特徴とする。
A method for producing an electrically conductive region according to a seventeenth aspect is a method for injecting an impurity into a III-V compound semiconductor to produce a one-dimensional or two-dimensional electrically conductive region, wherein the III-V group compound is used. Non-doped SiOx for semiconductor
A step of forming a film and a group V diffusion prevention film in this order, a step of removing the group V diffusion prevention film other than the portion where the electrically conductive region is to be formed, and a heat treatment for the III-V group compound semiconductor. wherein possess a step of diffusing Si in SiOx film, x of the SiOx film is x <2 in
The features.

【0038】請求項18に係る量子細線の形成方法は、
量子細線を形成する方法において、III−V族化合物半
導体基板上にSi拡散防止層を形成して段差を設ける工
程と、該Si拡散防止層上にノンドープのSiOx 膜と
V族原子拡散防止膜とをこの順に形成する工程と、前記
SiOx 膜及び前記V族原子拡散防止膜の、前記段差の
側壁に形成された部分以外を除去する工程と、これらの
工程を経た基板を加熱して、前記SiOx 膜から前記 I
II−V族化合物半導体基板へ、それらの接触面を介して
Siを拡散せしめ、量子細線を形成する工程とを有し、
前記SiOx 膜のxはx<2であることを特徴とする。
A method for forming a quantum wire according to claim 18 is
In the method of forming a quantum wire, a step of forming a step by forming a Si diffusion preventing layer on a III-V group compound semiconductor substrate, and a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film on the Si diffusion preventing layer. In this order, a step of removing the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film except for the portion formed on the side wall of the step, and the substrate that has undergone these steps is heated to form the SiOx film. Membrane from above I
To II-V group compound semiconductor substrate, allowed diffusion of Si through their contact surfaces, have a forming a quantum wire,
The x of the SiOx film is x <2 .

【0039】請求項19に係る量子細線の形成方法は、
量子細線を形成する方法において、相異なる複数の III
−V族化合物半導体が共に同側の表面に現れている基板
の前記表面にノンドープのSiOx 膜とV族原子拡散防
止膜とをこの順に形成する工程と、加熱処理を施して前
記SiOx 膜からSiを拡散せしめ、 III−V族化合物
半導体夫々に深さ方向に差を有する拡散部を形成する工
程と、深い方の拡散部を残存させるべく前記基板の表面
側の部分を除去して、残存する拡散部近傍に形成される
1次元電子ガスを量子細線とする工程とを有し、前記S
iOx 膜のxはx<2であることを特徴とする。
A method for forming a quantum wire according to claim 19 is
In a method of forming a quantum wire, a plurality of different III
A step of forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film in this order on the surface of the substrate on which the group V compound semiconductors both appear on the same surface, and a heat treatment is performed to form a Si film from the SiOx film. And forming a diffusion portion having a difference in the depth direction in each of the III-V group compound semiconductors, and removing the portion on the front surface side of the substrate to leave the deeper diffusion portion a one-dimensional electron gas formed at the diffusion vicinity possess a step of a quantum wire, the S
The x of the iOx film is characterized by x <2 .

【0040】請求項20に係る量子細線の形成方法は、
チャネル層におけるキャリアの移動方向が1次元的であ
る量子細線を形成する方法において、基板上に、 III−
V族化合物半導体からなる狭禁止帯半導体層及び広禁止
帯半導体層をこの順に積層する工程と、該広禁止帯半導
体層の面方位依存性を利用したエッチングにより断面形
状を鋸歯状に加工する工程と、この鋸歯状に加工された
広禁止帯半導体層上にノンドープのSiOx 膜及びV族
原子拡散防止膜をこの順に形成する工程と、熱処理を行
って前記広禁止帯半導体層表面に前記SiOx 膜内の
iを拡散させてドーピング層を形成する工程と、該ドー
ピング層の鋸歯状の凹部下に位置する狭禁止帯半導体層
にのみチャネル層を形成して量子細線とする工程とを有
し、前記SiOx 膜のxはx<2であることを特徴とす
る。
A method for forming a quantum wire according to claim 20 is as follows.
In a method of forming a quantum wire in which a carrier moves in a channel layer in a one-dimensional direction, III-
A step of stacking a narrow forbidden band semiconductor layer and a wide forbidden band semiconductor layer made of a group V compound semiconductor in this order, and a step of processing the cross-sectional shape into a sawtooth shape by etching utilizing the plane orientation dependence of the wide forbidden band semiconductor layer. And a step of forming an undoped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film in this order on the sawtooth-shaped wide bandgap semiconductor layer, and performing a heat treatment to form the SiOx film on the surface of the wide bandgap semiconductor layer. S of the inner
There is a step of diffusing i to form a doping layer, and a step of forming a channel layer only in a narrow band gap semiconductor layer located below the sawtooth-shaped recess of the doping layer to form a quantum wire.
However , x of the SiOx film is characterized by x <2 .

【0041】請求項21に係る量子箱の形成方法は、チ
ャネル層におけるキャリアを3次元方向に閉じ込めた量
子箱を形成する方法において、基板上に、 III−V族化
合物半導体からなる狭禁止帯半導体層及び広禁止帯半導
体層をこの順に積層する工程と、該広禁止帯半導体層の
面方位依存性を利用したエッチングにより鋸歯状に加工
する工程と、この鋸歯状に加工された広禁止帯半導体層
上にノンドープのSiOx 膜を形成する工程と、さらに
量子箱を形成する位置にV族原子拡散防止膜を形成する
工程と、熱処理を行って前記広禁止帯半導体層表面の所
要領域に前記SiOx 膜内のSiを拡散させてドーピン
グ層を形成する工程と、前記鋸歯状の凹部下であり且つ
前記ドーピング層下である位置の狭禁止帯半導体層にの
みチャネル層を形成して量子箱とする工程とを有し、前
記SiOx 膜のxはx<2であることを特徴とする。
The method of forming a quantum box according to claim 21 is a method of forming a quantum box in which carriers in a channel layer are confined in a three-dimensional direction, wherein a narrow bandgap semiconductor made of a III-V group compound semiconductor is formed on a substrate. A layer and a wide bandgap semiconductor layer in this order, a step of processing the wide bandgap semiconductor layer into a sawtooth shape by etching utilizing the plane orientation dependency of the wide bandgap semiconductor layer, and the wide bandgap semiconductor processed into the sawtooth shape A step of forming a non-doped SiOx film on the layer, a step of further forming a group V atom diffusion preventing film at a position where a quantum box is to be formed, and a heat treatment for forming the SiOx in a required region on the surface of the wide forbidden band semiconductor layer. forming forming a doping layer is diffused Si in the film, a channel layer only in a narrow bandgap semiconductor layer of the a lower serrated are under the recess and the doping layer located Possess a step of the quantum box Te, before
The SiOx film is characterized in that x is x <2 .

【0042】請求項22に係る量子細線トランジスタ
は、電極下のチャネル層として量子細線を備える量子細
線トランジスタにおいて、基板上に形成された狭禁止帯
半導体層と、該狭禁止帯半導体層上に形成され、断面形
状が鋸歯状をなす広禁止帯半導体層と、該鋸歯状をなす
広禁止帯半導体層表面に、請求項1記載のドーピング法
を用いて形成されたドーピング層と、該ドーピング層の
鋸歯状凹部下にのみ形成された量子細線と、前記鋸歯状
の凹凸に交叉する方向に前記広禁止帯半導体層上に形成
された電極とを備えることを特徴とする。
A quantum wire transistor according to a twenty-second aspect of the present invention is a quantum wire transistor including a quantum wire as a channel layer below an electrode, wherein a narrow forbidden band semiconductor layer is formed on a substrate and is formed on the narrow forbidden band semiconductor layer. A wide forbidden band semiconductor layer having a sawtooth cross section, a doping layer formed on the surface of the sawtooth wide forbidden band semiconductor layer by the doping method according to claim 1, and the doping layer. It is characterized in that it comprises a quantum wire formed only under the serrated recess and an electrode formed on the wide forbidden band semiconductor layer in a direction intersecting with the serrated recess.

【0043】請求項23に係る半導体回路素子の製造方
法は、基板上に不純物濃度が異なる部分を有する拡散層
を備え、該拡散層の上に電極を備える半導体回路素子を
製造する方法において、基板上に、 III−V族化合物か
らなる半導体層を形成する工程と、該半導体層上に被覆
幅が異なる複数の遮蔽物を所定寸法を隔てて形成する工
程と、該遮蔽物の表面と該遮蔽物がない前記半導体層の
表面とにノンドープのSiOx 膜及びV族原子拡散防止
膜をこの順に形成する工程と、熱処理を行い前記半導体
層に前記SiOx 膜内のSiを拡散させて拡散層を形成
する工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2である
ことを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor circuit element according to a twenty- third aspect is a method of manufacturing a semiconductor circuit element having a diffusion layer having portions having different impurity concentrations on a substrate and having electrodes on the diffusion layer. A step of forming a semiconductor layer made of a III-V compound thereon, a step of forming a plurality of shields having different coating widths on the semiconductor layer with a predetermined size, and a surface of the shield and the shield. A step of forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film in this order on the surface of the semiconductor layer having no object, and performing heat treatment to diffuse Si in the SiOx film into the semiconductor layer to form a diffusion layer. possess a step of, x of the SiOx film is a x <2
It is characterized by

【0044】請求項24に係る半導体集積回路の製造方
法は、 III−V族化合物半導体に不純物をドーピング
し、複数の素子を形成して半導体集積回路を製造する方
法において、基板上に III−V族化合物半導体であるノ
ンドープの狭禁止帯半導体層及び広禁止帯半導体層をこ
の順に形成してヘテロ接合層を形成する工程と、所要領
域の広禁止帯半導体層を除去して狭禁止帯半導体層を露
出させる工程と、これら狭禁止帯半導体層及び広禁止帯
半導体層上にノンドープのSiOx 膜とV族原子拡散防
止膜とをこの順に形成する工程と、熱処理を施して III
−V族化合物半導体中に前記SiOx 膜内のSiを拡散
させドーピング層を形成する工程と、該ドーピング層上
に電極を形成する工程とを有し、前記SiOx 膜のxは
x<2であることを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to a twenty-fourth aspect of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit by forming a plurality of elements by doping a III-V group compound semiconductor with impurities to form a III-V compound on a substrate. Forming a heterojunction layer by forming a non-doped narrow bandgap semiconductor layer and a wide bandgap semiconductor layer which are group compound semiconductors in this order, and removing the wide bandgap semiconductor layer in a required region to form a narrow bandgap semiconductor layer And a step of forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventive film on the narrow bandgap semiconductor layer and the wide bandgap semiconductor layer in this order, and by heat treatment, III
Forming a doped layer by diffusing Si of the SiOx the film -V compound in semiconductor, possess and forming an electrode on the doping layer, x of the SiOx film
It is characterized in that x <2 .

【0045】請求項25に係る半導体集積回路の製造方
法は、III −V族化合物半導体に不純物をドーピング
し、複数の素子を形成して半導体集積回路を製造する方
法において、基板上に III−V族化合物半導体であるノ
ンドープの狭禁止帯半導体層及び広禁止帯半導体層をこ
の順に形成してヘテロ接合層を形成する工程と、所要領
域の広禁止帯半導体層をその厚み方向において一部除去
する工程と、この膜厚が異なる広禁止帯半導体層上にS
iOx 膜とV族原子拡散防止膜とを形成する工程と、熱
処理を施して III−V族化合物半導体中に前記SiOx
膜内のSiを拡散させドーピング層を形成する工程と、
該ドーピング層上に電極を形成する工程とを有し、前記
SiOx 膜のxはx<2であることを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to a twenty-fifth aspect is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit by forming a plurality of elements by doping a III-V group compound semiconductor with impurities, and forming a III-V compound on a substrate. Forming a heterojunction layer by forming a non-doped narrow bandgap semiconductor layer and a wide bandgap semiconductor layer which are group compound semiconductors in this order, and partially removing the wide bandgap semiconductor layer in a required region in the thickness direction S on the wide bandgap semiconductor layer with different film thickness
The SiOx film and the group V atom diffusion preventive film are formed, and a heat treatment is performed to form the SiOx in the III-V group compound semiconductor.
A step of diffusing Si in the film to form a doping layer,
Possess and forming an electrode on the doping layer, the
The x of the SiOx film is characterized by x <2 .

【0046】請求項26に係る電子波干渉素子は、化合
物半導体の表面近傍に複数の電子波の経路を有する電子
波干渉素子において、前記経路が、請求項1記載のドー
ピング法を用いて形成された高濃度層であることを特徴
とする。
An electron wave interference element according to a twenty-sixth aspect is an electron wave interference element having a plurality of electron wave paths in the vicinity of the surface of a compound semiconductor, and the paths are formed by using the doping method according to the first aspect. It is a high concentration layer.

【0047】[0047]

【作用】本発明のドーピング方法では、 III−V族化合
物半導体上にノンドープのSiOx 膜とV族原子拡散防
止膜とをこの順に形成した後、これを熱処理して、Si
x 膜の構成原子であるSi原子を下方の III−V族化
合物半導体中に拡散させる。以下、本発明におけるSi
x 膜,V族原子拡散防止膜の機能及びドーピング原理
について、 III−V族化合物半導体としてGaAs基
板、V族原子拡散防止膜としてSiN膜を一例にとって
説明する。図1は、 III−V族化合物半導体たるGaA
s基板1上へのSiOx 膜2とV族原子拡散防止膜たる
SiN膜3との積層膜の構造図であり、図2は、Siド
ーピング原理を示す説明図である。
According to the doping method of the present invention, a non-doped SiO x film and a group V atom diffusion preventing film are formed in this order on a group III-V compound semiconductor and then heat-treated to form Si.
Si atoms, which are the constituent atoms of the O x film, are diffused into the III-V group compound semiconductor below. Hereinafter, Si in the present invention
The functions and doping principles of the O x film and the group V atom diffusion prevention film will be described by taking a GaAs substrate as the III-V group compound semiconductor and a SiN film as the group V atom diffusion prevention film as an example. FIG. 1 shows GaA as a III-V group compound semiconductor.
FIG. 2 is a structural diagram of a laminated film of a SiO x film 2 on a s substrate 1 and a SiN film 3 which is a V-group atom diffusion preventing film, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing the Si doping principle.

【0048】GaAs基板1に接触するノンドープのS
iOx 膜2は、SiOx 膜2中のSi原子がGaAs基
板1に拡散できるように、その構成元素の比が制御され
ている。つまり、Si基板上の熱酸化SiO2 膜のよう
にSiとOとの比が1:2ではなくSiの方がこの比よ
りも多くなる(Si/O>1/2,即ちx<2または屈
折率が1.46より大きい)ようなSiOx 膜2を使用す
る。また、SiOx 膜2は、少なくともGaAs基板1
に対してはよく知られているように、熱処理によって I
II族原子であるGa原子のSiOx 膜2内への拡散が容
易に起こるようになっており、この特性は本発明のドー
ピング方法では重要な役割を果たす。
Non-doped S that contacts the GaAs substrate 1
The ratio of the constituent elements of the iO x film 2 is controlled so that the Si atoms in the SiO x film 2 can diffuse into the GaAs substrate 1. That is, the ratio of Si to O is not 1: 2 as in the thermally oxidized SiO 2 film on the Si substrate, but Si is larger than this ratio (Si / O> 1/2, that is, x <2 or A SiO x film 2 having a refractive index larger than 1.46) is used. Further, the SiO x film 2 is at least the GaAs substrate 1.
As is well known for
Diffusion of Ga atoms, which are group II atoms, into the SiO x film 2 easily occurs, and this characteristic plays an important role in the doping method of the present invention.

【0049】また、SiN膜3の存在は、本発明のドー
ピング方法において、GaAs基板1中のV族原子であ
るAsの外部拡散を防止する特性を有する点で重要な意
味がある。
Further, the presence of the SiN film 3 has an important meaning in the doping method of the present invention in that it has a characteristic of preventing the out-diffusion of As which is a group V atom in the GaAs substrate 1.

【0050】次に、図2を参照してドーピング原理を説
明する。図1に示すように、SiO x 膜2/SiN膜3
の積層膜を形成したGaAs基板1に熱処理を施すと、
温度上昇に伴って、GaAs基板1内の III族元素であ
るGa原子がSiOx 膜2に拡散し、Ga原子の拡散に
よってGaAs基板1中にGa空孔が生成される(図2
(a))。そしてそのGa空孔へSiOx 膜2からIV族元素
であるSi原子が拡散する(図2(b))。このようなGa
原子とSi原子との交換プロセスがGaAs基板1の深
さ方向に広がって(図2(c))、表面から所定深さにわた
ってドーピングが実現される。そして、Si原子が拡散
された領域はn型の不純物層となる。なお、通常SiO
x 膜2はGaAs基板1内の解離圧が高いV族元素であ
るAs原子の外部拡散を完全には阻止できないので、G
aAs基板1内のV族元素であるAs原子もSiOx
2に拡散されるが、SiN膜3はこのAs原子の外部拡
散を抑制するので、SiOx 膜2内においてAs原子が
飽和状態になるとそれ以上にAs原子の外部拡散は起こ
らず、As空孔の生成は一定量に抑制される。従って、
GaAs基板1内にあってはGa空孔の生成のみが助長
されることになり、この結果としてSiOx 膜2からG
aAs基板1へのSi原子の拡散も助長される。
Next, the principle of doping will be explained with reference to FIG.
Reveal As shown in FIG. 1, SiO xFilm 2 / SiN film 3
When heat treatment is applied to the GaAs substrate 1 on which the laminated film of
As the temperature rises, it is a group III element in the GaAs substrate 1.
Ga atom is SiOxDiffuses into the film 2 to diffuse Ga atoms
Therefore, Ga vacancies are generated in the GaAs substrate 1 (FIG. 2).
(a)). Then, to the Ga hole, SiOxMembrane 2 to Group IV element
Si atoms are diffused (FIG. 2 (b)). Ga like this
The exchange process of atoms and Si atoms is deep in the GaAs substrate 1.
Spreads in the vertical direction (Fig. 2 (c)) and extends to a specified depth from the surface
Doping is realized. And Si atoms diffuse
The formed region becomes an n-type impurity layer. Note that normal SiO
xThe film 2 is a group V element having a high dissociation pressure in the GaAs substrate 1.
Since it cannot completely prevent the outdiffusion of As atoms,
The As atom, which is a group V element in the aAs substrate 1, is also SiO 2.xfilm
2 is diffused into the SiN film 3, but the SiN film 3 spreads outside the As atoms.
To suppress the dispersion, so SiOxIn the film 2, As atoms
When the saturated state is reached, further out diffusion of As atoms occurs.
Therefore, the generation of As vacancies is suppressed to a certain amount. Therefore,
In the GaAs substrate 1, only Ga vacancies are promoted.
As a result, SiOxMembrane 2 to G
The diffusion of Si atoms into the aAs substrate 1 is also promoted.

【0051】請求項9の抵抗層では、電極間で電流が流
れる半導体層表面に凹部が設けてあって、この凹部の側
面に電流が流れるので、凹部の側面積に応じて、電流が
流れる距離及び断面積を設定できる。
In the resistance layer of claim 9 , a concave portion is provided on the surface of the semiconductor layer through which a current flows between the electrodes, and the current flows on the side surface of the concave portion. Therefore, depending on the side area of the concave portion, the distance through which the current flows. And the cross-sectional area can be set.

【0052】請求項10の電界効果型トランジスタの製
造方法では、ゲート電極形成後、低濃度ドーピング層上
にSiOx膜及びV族拡散防止膜からなる2層構造の拡
散源を形成し、熱処理することにより、III−V族化合
物、例えばGaAsからなる基板中にSiがドーピング
され、低, 高濃度ドーピング層間に低濃度ドーピング層
より濃度が高い中濃度ドーピング層が形成される。
In the method of manufacturing a field effect transistor according to a tenth aspect of the present invention, after the gate electrode is formed, a diffusion source having a two-layer structure composed of a SiOx film and a group V diffusion prevention film is formed on the low concentration doping layer and heat treatment is performed. As a result, Si is doped into a substrate made of a III-V group compound such as GaAs, and a medium-concentration doping layer having a higher concentration than the low-concentration doping layer is formed between the low-concentration and high-concentration doping layers.

【0053】請求項11の電界効果型トランジスタの製
造方法では、選択的に略垂直にエッチングした III−V
族の化合物半導体基板の表面全域に、SiOx 膜とV族
原子拡散防止膜とをこの順に形成した後、熱処理を施
す。そうすると、上述の過程により、化合物半導体基板
へSi原子が拡散される。ここで、SiOx 膜とV族原
子拡散防止膜との膜質,膜厚、及び成膜後の熱処理条件
を変化させるとSi原子の拡散状況は変化するので、こ
れらのパラメータを調整することにより、所望の不純物
濃度,厚さの動作層が得られる。
In the method of manufacturing a field effect transistor according to the eleventh aspect , III-V selectively etched substantially vertically is used.
A SiOx film and a group V atom diffusion preventing film are formed in this order over the entire surface of the group III compound semiconductor substrate, and then heat treatment is performed. Then, Si atoms are diffused into the compound semiconductor substrate by the above process. Here, if the film quality and film thickness of the SiOx film and the group V atom diffusion prevention film and the heat treatment conditions after film formation are changed, the diffusion state of Si atoms will change. Therefore, by adjusting these parameters, An operating layer having the impurity concentration and thickness of is obtained.

【0054】請求項12の電界効果型トランジスタの製
造方法では、段差部を有する III−V族の化合物半導体
基板の段差部側部及び段差部下部に、SiOx 膜とV族
原子拡散防止膜とをこの順に形成した後、熱処理を施
す。そうすると、上述した過程により、化合物半導体基
板へのSi原子が拡散される。SiOx 膜とV族原子拡
散防止膜との積層膜は、基板の形状とは無関係にその表
面に容易に形成できるので、この製造方法では段差部の
形状の如何にかかわらず、その側部に不純物拡散層を形
成できる。SiOx 膜とV族原子拡散防止膜との膜質,
膜厚、及び成膜後の熱処理条件を変化させるとSi原子
の拡散状況は変化するので、これらのパラメータを調整
することにより、所望の濃度,厚さの不純物拡散層が得
られる。
According to the twelfth aspect of the method of manufacturing a field effect transistor, a SiOx film and a group V atom diffusion prevention film are provided on the side of the step portion and below the step portion of the III-V group compound semiconductor substrate having the step portion. After forming in this order, heat treatment is performed. Then, Si atoms are diffused into the compound semiconductor substrate by the process described above. The laminated film of the SiOx film and the group V atom diffusion prevention film can be easily formed on the surface of the substrate regardless of the shape of the substrate. A diffusion layer can be formed. Film quality of SiOx film and group V atom diffusion prevention film,
When the film thickness and the heat treatment conditions after film formation are changed, the diffusion state of Si atoms changes. Therefore, by adjusting these parameters, an impurity diffusion layer having a desired concentration and thickness can be obtained.

【0055】請求項13の電界効果型トランジスタの製
造方法では、上述のドーピング方法を使用してドーピン
グ層を形成した後、高濃度のドーピング層を形成する領
域のみSiOx 膜及びV族原子拡散防止膜を残してさら
に熱処理を施すことにより、より高いドーピング濃度を
有するドーピング層を容易に形成することができる。
In the method of manufacturing a field effect transistor according to a thirteenth aspect , after forming a doping layer by using the above-mentioned doping method, only a region where a high-concentration doping layer is formed is formed with a SiOx film and a group V atom diffusion preventing film. By further performing a heat treatment while leaving the above, a doping layer having a higher doping concentration can be easily formed.

【0056】請求項14の半導体回路素子の製造方法で
は、上述のドーピング方法において、SiN膜の膜厚を
制御して、1度の熱処理で抵抗値が異なる導電層を同時
的に形成する。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor circuit element, the above-mentioned doping method is used to control the film thickness of the SiN film to simultaneously form conductive layers having different resistance values by one heat treatment.

【0057】請求項15の半導体回路素子の製造方法で
は、請求項14の作用に加えて、ヘテロ接合層に抵抗値
が異なる導電層が形成されるので、所要の変調ドープ構
造が容易に形成される。
In the method for manufacturing a semiconductor circuit element according to the fifteenth aspect , in addition to the effect of the fourteenth aspect , since the conductive layers having different resistance values are formed in the heterojunction layer, the required modulation doped structure can be easily formed. It

【0058】請求項16の電界効果型トランジスタの製
造方法では、 III−V族化合物半導体層上にノンドープ
のSiOx 膜とV族原子拡散防止膜とをこの順に形成
し、これに熱処理を施して形成されたドーピング層に加
熱処理を施すことにより、ドーピング層中のSiを III
−V族化合物半導体層中へさらに拡散させ、ドーピング
層の厚さを増す。これにより、FETの電流値及び閾値
電圧を高めることができ、歩留りを向上できる。
According to a sixteenth aspect of the method for manufacturing a field effect transistor, a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film are formed in this order on a group III-V compound semiconductor layer, and heat treatment is applied to the film. By performing a heat treatment on the doped layer, the Si in the doped layer is changed to III
Further diffuse into the group-V compound semiconductor layer to increase the thickness of the doping layer. Thereby, the current value and the threshold voltage of the FET can be increased, and the yield can be improved.

【0059】請求項17の電気伝導領域の作製方法で
は、上述のドーピング方法に基づきSiの III−V族化
合物半導体内への拡散により、1次元または2次元電気
伝導領域得られる。しかもこの方法によるとエッチング
等の工程を III−V族化合物半導体へ施す必要がないた
め、欠陥を生じることがなく、良好な電気伝導領域が得
られる。
According to the seventeenth aspect of the present invention, the one-dimensional or two-dimensional electric conduction region is obtained by diffusing Si into the III-V group compound semiconductor based on the above-mentioned doping method. Moreover, according to this method, since it is not necessary to perform a process such as etching on the III-V group compound semiconductor, no defect is caused and a good electric conduction region can be obtained.

【0060】請求項18の量子細線の形成方法では、 I
II−V族化合物半導体基板上に形成されたSi拡散防止
層による段差表面にSiOx 膜を、その上にV族原子拡
散防止膜を堆積し、段差の側壁に形成されたV族原子拡
散防止膜の厚さを制御する。このSiOx 膜及びV族原
子拡散防止膜を形成した III−V族化合物半導体基板を
加熱して、 III族原子を外部拡散させ、そこに生成した
空孔にSiを拡散させる。これにより結晶欠陥を生じさ
せずに III−V族化合物半導体基板にSiを拡散する。
また、V族原子拡散防止膜の厚さを制御することによ
り、 III−V族化合物半導体基板とSiOx 膜との接触
面幅を決定し、SiOx 膜から III−V族化合物半導体
基板へSiを拡散せしめ、量子細線のチャネル幅を精度
良く細く形成する。さらに、Si拡散防止層は所望する
形状に形成できるので、Si拡散防止層により設けた段
差の側壁に沿って量子細線が適宜の形状に形成できる。
In the method of forming a quantum wire according to claim 18 , I
A SiOx film is deposited on the surface of the step formed by the Si diffusion prevention layer formed on the II-V group compound semiconductor substrate, and a group V atom diffusion prevention film is deposited thereon, and a group V atom diffusion prevention film is formed on the side wall of the step. Control the thickness of. The III-V group compound semiconductor substrate on which the SiOx film and the V-group atom diffusion preventing film are formed is heated to externally diffuse the III-group atoms, and Si is diffused into the holes generated therein. As a result, Si is diffused into the III-V compound semiconductor substrate without causing crystal defects.
Further, by controlling the thickness of the group V atom diffusion prevention film, the contact surface width between the III-V compound semiconductor substrate and the SiOx film is determined, and Si is diffused from the SiOx film to the III-V compound semiconductor substrate. At the very least, the channel width of the quantum wire is formed with high precision. Furthermore, since the Si diffusion prevention layer can be formed in a desired shape, the quantum wire can be formed in an appropriate shape along the sidewall of the step provided by the Si diffusion prevention layer.

【0061】本発明のドーピング法において、Si拡散
の深さは、拡散対象の III−V族化合物半導体の種類に
よって異なり、また、SiOx 膜,V族原子拡散防止膜
の膜質, 膜厚と加熱温度とにより決定される。請求項1
の量子細線の形成方法では、異種類の III−V族化合
物半導体にSiを拡散して夫々の拡散部を形成し、この
深さの差を量子細線のチャネル幅とするので、拡散部の
深さの差を制御することにより、所望のチャネル幅で量
子細線を精度良く形成できる。
In the doping method of the present invention, the depth of Si diffusion differs depending on the type of III-V group compound semiconductor to be diffused, and also the film quality, film thickness and heating temperature of the SiOx film and the V group atom diffusion preventing film. Determined by. Claim 1
In the method of forming a quantum wire of No. 9 , since Si is diffused in different kinds of III-V group compound semiconductors to form respective diffusion parts, and the difference in depth is used as the channel width of the quantum wires, By controlling the difference in depth, the quantum wire can be accurately formed with a desired channel width.

【0062】請求項20の量子細線の形成方法では、鋸
歯状の広禁止帯半導体層表面にドーピング層を形成する
と、鋸歯状の凹部に形成されたドーピング層は狭禁止帯
半導体層/広禁止帯半導体層界面との距離が近くなり、
狭禁止帯半導体層におけるこの位置にのみ電子が溜まり
易く、量子細線が形成される。このように請求項20
量子細線の形成方法では、チャネル層に、不純物または
結晶欠陥等の欠陥が存在することはなく、極めて良好な
特性を有し、且つ微細な量子細線を形成することができ
る。
According to the twentieth aspect of the present invention, when the doping layer is formed on the surface of the sawtooth wide forbidden band semiconductor layer, the doping layer formed in the sawtooth-shaped recess is a narrow forbidden band semiconductor layer / wide forbidden band. The distance to the semiconductor layer interface becomes shorter,
Electrons are likely to accumulate only at this position in the narrow bandgap semiconductor layer, and a quantum wire is formed. As described above, in the method for forming a quantum wire according to claim 20, a defect such as an impurity or a crystal defect does not exist in the channel layer, and it is possible to form a fine quantum wire having extremely good characteristics. it can.

【0063】請求項21の量子箱の形成方法では、鋸歯
状の広禁止帯半導体層表面にSiOx膜を形成し、鋸歯
状の凹凸に交叉する方向に直線状またはストライプ状の
V族原子拡散防止膜を形成して熱処理を行うことによ
り、V族原子拡散防止膜が存在する位置にのみドーピン
グ層が形成され、鋸歯状凹部のドーピング層下で、狭禁
止帯半導体層/広禁止帯半導体層界面に近い部分にのみ
量子箱が形成される。このように請求項21の量子箱の
形成方法では、微細で良質な量子箱を形成することがで
きる。
In the method of forming a quantum box according to claim 21 , a SiOx film is formed on the surface of the saw-tooth wide forbidden band semiconductor layer, and linear or striped V group atom diffusion prevention is performed in a direction intersecting with the saw-tooth unevenness. By forming a film and performing heat treatment, a doping layer is formed only at the position where the group V atom diffusion preventing film exists, and under the serrated concave doping layer, the narrow forbidden band semiconductor layer / wide forbidden band semiconductor layer interface is formed. The quantum box is formed only in the area close to. As described above, according to the method of forming a quantum box of claim 21 , a fine and high-quality quantum box can be formed.

【0064】請求項22の量子細線では、請求項20
方法により得られた量子細線をトランジスタに適用して
おり、この量子細線トランジスタは極めて良好な特性を
有する。
In the quantum wire of claim 22, the quantum wire obtained by the method of claim 20 is applied to a transistor, and the quantum wire transistor has extremely good characteristics.

【0065】請求項23の半導体回路素子の製造方法で
は、被覆幅が異なる遮蔽物下におけるSiの拡散程度の
差異を利用して、遮蔽物直下においてSiの濃度分布が
異なる拡散層を形成する。
According to the semiconductor circuit element manufacturing method of the twenty- third aspect, the diffusion layers having different Si concentration distributions are formed immediately below the shield by utilizing the difference in the diffusion degree of Si under the shield having different coating widths.

【0066】請求項24の半導体集積回路の製造方法で
は、ヘテロ接合層を形成した後、所要領域の広禁止帯半
導体層のみを除去して狭禁止帯半導体層を露出させ、狭
禁止帯半導体層及び広禁止帯半導体層上に夫々適宜条件
にてSiOx 膜及びV族原子拡散防止膜を形成し、熱処
理を施してドーピングを行うので、狭禁止帯半導体層及
び広禁止帯半導体層夫々の所要領域に所要濃度分布を有
するドーピング層を形成することができる。そして各ド
ーピング層上に適宜電極を形成すれば、異種の特性を有
する素子、例えばHEMT.MESFET,ダイオード
または抵抗を任意に組み合わせてモノリシックに作成す
ることができ、高密度集積化が可能である。ここで適当
なパターニングを行ってSiOx 膜及びV族原子拡散防
止膜を形成すると、素子分離を行う必要がなく、夫々良
好な特性を有する素子のモノリシック化を容易に行うこ
とができる。
In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the twenty-fourth aspect , after forming the heterojunction layer, only the wide forbidden band semiconductor layer in the required region is removed to expose the narrow forbidden band semiconductor layer, and the narrow forbidden band semiconductor layer is formed. Further, since the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film are respectively formed on the wide bandgap semiconductor layer under appropriate conditions, and the heat treatment is performed to dope, the required regions of the narrow bandgap semiconductor layer and the wide bandgap semiconductor layer are provided. It is possible to form a doping layer having a required concentration distribution. If electrodes are appropriately formed on each doping layer, an element having different characteristics, such as HEMT. A MESFET, a diode, or a resistor can be arbitrarily combined to form a monolithic structure, which enables high-density integration. If appropriate patterning is performed here to form the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film, it is not necessary to perform element isolation, and elements having good characteristics can be easily made monolithic.

【0067】請求項25の半導体集積回路の製造方法で
は、ヘテロ接合層を形成した後、所要領域の広禁止帯半
導体層をその厚み方向において一部除去し、この膜厚が
異なる広禁止帯半導体層上に夫々適宜条件にてSiOx
膜及びV族原子拡散防止膜を形成し、熱処理を施してド
ーピングを行うので、所要領域に所要濃度分布を有する
ドーピング層を形成することができる。そして各ドーピ
ング層上に電極を形成すれば、ドーピング層が異なった
HEMTをモノリシックに作成することができ、高密度
集積化が可能である。ここで適当なパターニングを行っ
てSiOx 膜及びV族原子拡散防止膜を形成すると、素
子分離を行う必要がなく、夫々良好な特性を有する素子
のモノリシック化を容易に行うことができる。
In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the twenty-fifth aspect , after forming the heterojunction layer, the wide bandgap semiconductor layer in a required region is partially removed in the thickness direction thereof, and the wide bandgap semiconductor having a different film thickness is formed. SiOx on each layer under appropriate conditions
Since the film and the group V atom diffusion preventing film are formed and heat treatment is performed to dope, a doping layer having a required concentration distribution can be formed in a required region. If electrodes are formed on each doping layer, HEMTs having different doping layers can be monolithically formed, and high density integration is possible. If appropriate patterning is performed here to form the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film, it is not necessary to perform element isolation, and elements having good characteristics can be easily made monolithic.

【0068】請求項26の電子波干渉素子では、電子波
は化合物半導体の表面近傍に位置する複数の高濃度層
(チャネル層)内を伝播し、ゲート電極からの静電ポテ
ンシャルの印加を制御することにより、各チャネル層内
を伝播する電子波の干渉状態を制御する。
In the electron wave interference element of the twenty-sixth aspect, the electron wave propagates in the plurality of high-concentration layers (channel layers) located near the surface of the compound semiconductor, and controls the application of the electrostatic potential from the gate electrode. As a result, the interference state of electron waves propagating in each channel layer is controlled.

【0069】[0069]

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて詳述する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings showing the embodiments thereof.

【0070】まず、本発明に係るドーピング方法を実施
した例について具体的に説明する。本発明のドーピング
方法にあっては、使用するSiOx 膜,V族原子拡散防
止膜の膜質,膜厚、及び熱処理温度等に応じてドーピン
グの発生状況(ドーパントである電子の濃度分布)は変
化する。これらのパラメータを変化させた場合のドーピ
ングの発生状況を中心として各実施例を説明する。な
お、以下の各実施例では、V族原子拡散防止膜としてS
iN膜を使用する。SiOx 膜/SiN膜の積層膜は、
一般的なP−CVD(Plasma-enhanced Chemical Vapor
Deposition )法を用いて形成し、原料ガスとして、S
iOx 膜の成膜時はSiH4 +N2 Oを使用し、SiN
膜の成膜時はSiH4 +NH3 を使用する。また、以下
の第1〜第6実施例では、III −V族化合物半導体とし
てGaAs基板を用い、第7実施例では、 III−V族化
合物半導体としてAlGaAs膜を用いる。
First, an example of carrying out the doping method according to the present invention will be specifically described. In the doping method of the present invention, the state of doping occurrence (concentration distribution of electrons as a dopant) changes according to the film quality and film thickness of the SiO x film, the group V atom diffusion preventing film used, the heat treatment temperature, and the like. To do. Each embodiment will be described with a focus on the occurrence of doping when these parameters are changed. In each of the following examples, as the group V atom diffusion preventing film, S was used.
iN film is used. The laminated film of SiO x film / SiN film is
General P-CVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor
Deposition) method, and using S as a source gas
SiH 4 + N 2 O is used during the formation of the iO x film.
SiH 4 + NH 3 is used when forming the film. Further, in the following first to sixth examples, a GaAs substrate is used as the III-V group compound semiconductor, and in the seventh example, an AlGaAs film is used as the III-V group compound semiconductor.

【0071】(第1実施例)第1実施例は、SiOx
の膜質とドーピングの発生状況との関係を示す例であ
る。GaAs基板上に、膜質のみを変化させたSiOx
膜/一定のSiN膜の積層膜を成膜する。その後、 880
℃,5sec.の短時間熱処理(Rapid Thermal Annealing:
RTA)を施して、SiOx 膜からSi原子をGaAs
基板に拡散させる。
(First Example) The first example is an example showing the relationship between the film quality of the SiO x film and the occurrence state of doping. SiO x on the GaAs substrate with only the film quality changed
A laminated film of film / constant SiN film is formed. Then 880
Rapid thermal annealing (° C, 5 sec.)
RTA) to remove Si atoms from the SiO x film to GaAs
Diffuse on the substrate.

【0072】SiN膜の成膜条件は以下の通りであり、
その屈折率は1.8 である。 SiN膜:SiH4 15sccm, NH3 200sccm;パワー
250W;成膜温度 300℃;膜厚 450Å SiOx 膜については、膜厚を一定とし、成膜時のガス
流量比(SiH4 /N2O流量比)を変えることによっ
てその膜質のみを変化させた。SiOx 膜の他の成膜条
件は以下の通りである。 SiOx 膜:圧力 0.3Torr;パワー 150W;成膜温度 3
00℃;成膜時間12sec.
The conditions for forming the SiN film are as follows:
Its refractive index is 1.8. SiN film: SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm; power
250 W; film formation temperature 300 ° C .; film thickness 450 Å For SiO x film, the film thickness is kept constant and only the film quality is changed by changing the gas flow rate ratio (SiH 4 / N 2 O flow rate ratio) during film formation. It was Other conditions for forming the SiO x film are as follows. SiO x film: pressure 0.3 Torr; power 150 W; film formation temperature 3
00 ℃; film formation time 12sec.

【0073】そして、ドーピング発生の有無はC−V法
(Capacitance-Voltage measurement:容量−電圧測定
法)による電子濃度の測定結果に基づいて判定し、また
そのドーピングがSi拡散により生じていることをSI
MS(Secondary Ion Mass Spectrometry:2次イオン質
量分析法)にて確認した。図3は、SiOx 膜の膜質に
対するドーピングの発生状況を示すグラフであり、図4
は一例におけるC−V法,SIMSの測定結果を示すグ
ラフである。図3において、SiOx 膜の膜質は、ここ
では屈折率(横軸)と緩衝フッ酸(HF:NH4 F=
1:6)による被エッチング速度(縦軸)とにて規定さ
れており、ドーピングの発生が確認された場合には○印
を、確認されなかった場合には×印を付与している。
Whether or not the doping is generated is determined based on the measurement result of the electron concentration by the CV method (Capacitance-Voltage measurement), and it is determined that the doping is caused by Si diffusion. SI
It was confirmed by MS (Secondary Ion Mass Spectrometry). FIG. 3 is a graph showing the occurrence of doping with respect to the film quality of the SiO x film.
FIG. 4 is a graph showing the measurement results of the CV method and SIMS in an example. In FIG. 3, the film quality of the SiO x film is, here, the refractive index (horizontal axis) and buffer hydrofluoric acid (HF: NH 4 F =
It is defined by the etching rate (vertical axis) according to 1: 6). When the occurrence of doping is confirmed, the mark ◯ is given, and when it is not confirmed, the mark x is given.

【0074】図3より、ドーピングが発生しているの
は、SiOx 膜の屈折率が1.5 以上で緩衝フッ酸による
被エッチング速度が1600Å以下の場合である。通常、プ
ラズマCVD法を用いて形成したSiOx 膜の構成比が
Si/O=1/2(つまりx=2)の場合にその屈折率
は1.46になるので、ドーピングが生じる屈折率1.5 以上
のSiOx 膜は構成比がSi/O>1/2(つまりx<
2)となっており、このことはXPS(X-ray Photoele
ctron Spectroscopy:X線光電子分光法)でも確認され
ている。図3に示す結果は、SiOx 膜の成膜温度を 3
00℃にした場合であるが、成膜温度のみを 250℃に下げ
ても同様のドーピング結果が得られる。また、その成膜
温度を 200℃に下げると、ドーピング発生の有無の境界
を示す屈折率はあまり変わらないが、被エッチング速度
だけが増加する傾向になり、ドーピングの発生状況が若
干異なることを確認した。
As shown in FIG. 3, doping occurs when the refractive index of the SiO x film is 1.5 or more and the etching rate by buffered hydrofluoric acid is 1600 Å or less. Usually, when the composition ratio of the SiO x film formed by the plasma CVD method is Si / O = 1/2 (that is, x = 2), its refractive index is 1.46, so that the refractive index at which doping occurs is 1.5 or more. The composition ratio of the SiO x film is Si / O> 1/2 (that is, x <
2), which means that XPS (X-ray Photoele)
ctron Spectroscopy: X-ray photoelectron spectroscopy). The results shown in FIG. 3 show that the deposition temperature of the SiO x film is 3
Although the temperature is set to 00 ° C, the same doping result can be obtained even if only the film forming temperature is lowered to 250 ° C. Also, when the film formation temperature is lowered to 200 ° C, the refractive index that indicates the boundary of the occurrence of doping does not change much, but only the etching rate tends to increase, and it is confirmed that the state of doping occurrence is slightly different. did.

【0075】また、図4から、SiがGaAs基板内に
確かに拡散していること、電子濃度は拡散したSiに比
べて1桁程小さいが約3×1018cm-3の高濃度層が得られ
ていること、電子濃度分布は表面近傍では平坦であって
拡散フロントでは急峻である理想的な分布状態が得られ
ていることが確認できる。
Further, from FIG. 4, it is confirmed that Si is diffused in the GaAs substrate, and that the electron concentration is about one digit lower than that of the diffused Si, but a high concentration layer of about 3 × 10 18 cm -3 is formed. It can be confirmed that an ideal distribution state in which the electron concentration distribution is flat near the surface and steep at the diffusion front is obtained.

【0076】ところで、SiOx 膜上にAsの外部拡散
を防止するSiN膜を積層しない場合には、ドーピング
(Si拡散)は発生しないことが確認されている。ま
た、このプラズマCVD法により形成したSiN膜にお
いてその屈折率が1.9 を超える場合には、Si拡散現象
が見られない。SiN膜におけるSi濃度が過度に増加
して屈折率が大きくなると、本発明の必須要件であるA
sの外部拡散の抑制力は低下することが報告されている
(参考文献:松下等,電子情報通信学会電子デバイス研
究会ED89−70)。従って、本実施例に使用するプラズマ
CVD法により形成したSiN膜の屈折率は1.9 より小
さいことが必要である。なお、ECR(Electron Cyclo
tron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)法ではプラ
ズマCVD法に比べて緻密なSiN膜を形成できるの
で、ECR法にて形成したSiN膜ではその屈折率が2.
0 程度でも本発明のドーピング方法を適用できる。
By the way, it has been confirmed that doping (Si diffusion) does not occur unless a SiN film for preventing As outdiffusion is laminated on the SiO x film. When the SiN film formed by the plasma CVD method has a refractive index of more than 1.9, no Si diffusion phenomenon is observed. If the Si concentration in the SiN film is excessively increased to increase the refractive index, A which is an essential requirement of the present invention.
It has been reported that the inhibitory effect on the out-diffusion of s decreases (Reference: Matsushita et al., Electronic Device Research Society ED89-70, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers). Therefore, the SiN film formed by the plasma CVD method used in this embodiment must have a refractive index smaller than 1.9. ECR (Electron Cyclo)
The tron resonance (electron cyclotron resonance) method can form a denser SiN film than the plasma CVD method. Therefore, the SiN film formed by the ECR method has a refractive index of 2.
The doping method of the present invention can be applied even if it is about 0.

【0077】(第2実施例)第2実施例は、SiOx
の成膜時のガス流量と電子濃度分布との相関関係を示す
例である。SiOx 膜を成膜する際のSiH4 /N2
流量比を変化させた場合の電子濃度分布の結果を図5に
示す。SiOx 膜の成膜条件及び熱処理条件(RTA)
は以下の通りである。なお、SiN膜の成膜条件は前述
の第1実施例と同じである。 SiOx 膜:SiH4 5sccm, N2 O 25 〜75sccm;パ
ワー 150W;成膜温度 300℃;膜厚 50 Å;屈折率 1.5
〜1.6 RTA:温度 880℃;時間5sec.
(Second Embodiment) The second embodiment is an example showing the correlation between the gas flow rate and the electron concentration distribution during the formation of the SiO x film. SiH 4 / N 2 O when forming a SiO x film
FIG. 5 shows the result of the electron concentration distribution when the flow rate ratio was changed. SiO x film formation conditions and heat treatment conditions (RTA)
Is as follows. The film forming conditions for the SiN film are the same as in the first embodiment described above. SiO x film: SiH 4 5 sccm, N 2 O 25 to 75 sccm; power 150 W; film formation temperature 300 ° C .; film thickness 50 Å; refractive index 1.5
~ 1.6 RTA: Temperature 880 ℃; Time 5sec.

【0078】図5の結果から、N2 O流量が25〜35sccm
の範囲ではその流量の増加に伴って電子濃度はあまり変
わらないがその分布深さは増加する。一方、この範囲を
超えると電子濃度及びその分布深さは減少し、N2 O流
量が70sccmではドーピングの発生を確認できなかった。
以上のような結果により、同一条件の熱処理を施す場合
にも、SiOx 膜の膜質にて電子濃度分布を制御できる
ことがわかる。
From the results shown in FIG. 5, the N 2 O flow rate was 25 to 35 sccm.
In the range of, the electron concentration does not change much as the flow rate increases, but the distribution depth increases. On the other hand, when the content exceeds this range, the electron concentration and the distribution depth thereof decrease, and at the N 2 O flow rate of 70 sccm, the occurrence of doping could not be confirmed.
From the above results, it is understood that the electron concentration distribution can be controlled by the film quality of the SiO x film even when the heat treatment under the same conditions is performed.

【0079】(第3実施例)第3実施例は、SiOx
の膜厚と電子濃度分布との相関関係を示す例である。形
成するSiOx 膜の膜厚を変化させた場合の電子濃度分
布の結果を図6に示す。SiOx 膜の成膜条件及び熱処
理条件(RTA)は以下の通りである。なお、SiN膜
の成膜条件は前述の第1実施例と同じである。 SiOx 膜:SiH4 5sccm, N2 O 25sccm ;パワー
150W;成膜温度 300℃;膜厚50〜400 Å;屈折率 1.5
2 RTA:温度 880℃;時間5sec.
(Third Embodiment) The third embodiment is an example showing the correlation between the film thickness of the SiO x film and the electron concentration distribution. FIG. 6 shows the result of the electron concentration distribution when the thickness of the SiO x film to be formed was changed. The conditions for forming the SiO x film and the heat treatment conditions (RTA) are as follows. The film forming conditions for the SiN film are the same as in the first embodiment described above. SiO x film: SiH 4 5sccm, N 2 O 25sccm; power
150W; Film forming temperature 300 ℃; Film thickness 50 to 400 Å; Refractive index 1.5
2 RTA: Temperature 880 ℃; Time 5sec.

【0080】図6の結果から、SiOx 膜の膜厚が厚く
なるに従って電子濃度及びその分布深さは減少傾向にな
ることがわかる。これは、SiOx 膜の膜厚が厚くなる
とAsの外部拡散量が増加するのでGa空孔量が減少す
ることに起因すると考えられる。以上のような結果によ
り、同一条件の熱処理を施す場合にも、SiOx 膜の膜
厚によって電子濃度分布を制御できることがわかる。
From the results shown in FIG. 6, it can be seen that the electron concentration and its distribution depth tend to decrease as the thickness of the SiO x film increases. It is considered that this is because as the SiO x film becomes thicker, the amount of As diffusing out increases and the amount of Ga vacancies decreases. From the above results, it is understood that the electron concentration distribution can be controlled by the film thickness of the SiO x film even when the heat treatment under the same conditions is performed.

【0081】(第4実施例)第4実施例は、SiOx
の成膜温度と電子濃度分布との相関関係を示す例であ
る。形成するSiOx 膜の成膜温度を変化させた場合の
電子濃度分布の結果を図7に示す。SiOx 膜の成膜条
件及び熱処理条件(RTA)は以下の通りである。な
お、SiN膜の成膜条件は前述の第1実施例と同じであ
る。 SiOx 膜:SiH4 10sccm, N2 O 20sccm ;パワー
150W;成膜温度 200〜320 ℃;膜厚 150Å;屈折率
1.5〜1.62 RTA:温度 880℃;時間5sec.
(Fourth Embodiment) The fourth embodiment is an example showing the correlation between the film forming temperature of the SiO x film and the electron concentration distribution. FIG. 7 shows the result of the electron concentration distribution when the film forming temperature of the formed SiO x film was changed. The conditions for forming the SiO x film and the heat treatment conditions (RTA) are as follows. The film forming conditions for the SiN film are the same as in the first embodiment described above. SiO x film: SiH 4 10sccm, N 2 O 20sccm; power
150W; Film forming temperature 200-320 ℃; Film thickness 150Å; Refractive index
1.5 to 1.62 RTA: temperature 880 ° C; time 5 sec.

【0082】図7の結果から、SiOx 膜の成膜温度が
変化すると電子濃度及びその分布深さも変化することが
わかる。これは、成膜温度の変化によりSiOx 膜の膜
質が変化したことに起因すると考えられる。以上のよう
な結果により、同一条件の熱処理を施す場合にも、Si
x 膜の成膜温度によって電子濃度分布を制御できるこ
とがわかる。
From the results shown in FIG. 7, it can be seen that the electron concentration and the distribution depth thereof change when the film forming temperature of the SiO x film changes. It is considered that this is because the quality of the SiO x film changed due to the change in the film forming temperature. From the above results, even when the heat treatment under the same conditions is performed, the Si
It can be seen that the electron concentration distribution can be controlled by the film forming temperature of the O x film.

【0083】上述したような第1〜第4実施例における
結果から、本発明のドーピング方法では、熱処理条件が
一定であっても、形成するSiOx 膜の膜質,膜厚をパ
ラメータとして電子濃度分布の制御が可能であることが
理解される。
From the results of the first to fourth embodiments as described above, in the doping method of the present invention, the electron concentration distribution is obtained with the film quality and film thickness of the SiO x film to be formed as parameters even if the heat treatment conditions are constant. It is understood that the control of

【0084】(第5実施例)第5実施例は、SiN膜の
膜質と電子濃度分布との相関関係を示す例である。Si
N膜を成膜する際のSiH4 /NH3 流量比を変化させ
た場合の電子濃度分布の結果を図8に示す。SiN膜の
成膜条件及び熱処理条件(RTA)は以下の通りであ
る。なお、SiOx 膜の成膜条件は前述の第3実施例と
同じ(但し膜厚は50Å)であって一定とする。 SiN膜:SiH4 15sccm, NH3 150 〜200sccm ;パ
ワー 250W;成膜温度 300℃;膜厚 450Å RTA:温度 880℃;時間5sec.
(Fifth Embodiment) The fifth embodiment is an example showing the correlation between the film quality of the SiN film and the electron concentration distribution. Si
FIG. 8 shows the result of the electron concentration distribution when the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio at the time of forming the N film was changed. The film forming conditions and the heat treatment conditions (RTA) of the SiN film are as follows. The film forming conditions for the SiO x film are the same as those in the third embodiment described above (however, the film thickness is 50 Å) and are constant. SiN film: SiH 4 15sccm, NH 3 150 to 200sccm; power 250W; film forming temperature 300 ° C; film thickness 450Å RTA: temperature 880 ° C; time 5 sec.

【0085】図8の結果から、NH3 の流量が増すに従
って、電子濃度はあまり変わらないが、その分布深さは
増加している。但し、NH3 の流量が150 sccmの場合に
は電子濃度分布の測定は行えなかった。以上のような結
果により、SiOx 膜の成膜条件を一定にし、同一条件
の熱処理を施す場合にも、SiN膜の膜質によって電子
濃度分布を制御できることがわかる。
From the results shown in FIG. 8, the electron concentration does not change much as the flow rate of NH 3 increases, but the distribution depth increases. However, when the flow rate of NH 3 was 150 sccm, the electron concentration distribution could not be measured. From the above results, it is understood that the electron concentration distribution can be controlled by the film quality of the SiN film even when the film forming conditions of the SiO x film are kept constant and the heat treatment is performed under the same conditions.

【0086】(第6実施例)第6実施例は、熱処理温度
と電子濃度分布との相関関係を示す例である。SiOx
膜,SiN膜の成膜条件を一定として熱処理温度のみを
変化させた場合の電子濃度分布の結果を図9に示す。S
iOx 膜,SiN膜の成膜条件及び熱処理条件(RT
A)は以下の通りである。 SiOx 膜:SiH4 5sccm, N2 O 25sccm ;パワー
150W;成膜温度 300℃;膜厚 50 Å SiN膜:SiH4 15sccm, NH3 200sccm ;パワー 2
50W;成膜温度 300℃;膜厚 450Å RTA:温度 860〜900 ℃;時間5sec.
(Sixth Embodiment) The sixth embodiment is an example showing the correlation between the heat treatment temperature and the electron concentration distribution. SiO x
FIG. 9 shows the result of the electron concentration distribution when only the heat treatment temperature was changed while the film forming conditions of the film and the SiN film were kept constant. S
Film forming conditions and heat treatment conditions for the iO x film and the SiN film (RT
A) is as follows. SiO x film: SiH 4 5sccm, N 2 O 25sccm; power
150W; Film forming temperature 300 ° C; Film thickness 50 Å SiN film: SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm; Power 2
50W; film forming temperature 300 ° C; film thickness 450Å RTA: temperature 860 to 900 ° C; time 5 sec.

【0087】図9の結果から、熱処理温度の上昇に伴っ
て、電子濃度及びその分布深さが増加する傾向が見られ
る。以上のような結果から、従来の拡散法と同様に熱処
理温度が本発明のドーピング方法でも電子濃度分布の制
御における重要なパラメータのひとつであることがわか
る。
From the results shown in FIG. 9, it can be seen that the electron concentration and its distribution depth tend to increase as the heat treatment temperature rises. From the above results, it can be seen that the heat treatment temperature is one of the important parameters in controlling the electron concentration distribution in the doping method of the present invention as in the conventional diffusion method.

【0088】(第7実施例)第7実施例は、 III−V族
化合物半導体として3元系化合物半導体であるAlGa
As膜を用いた例である。この第7実施例では、図10に
示すように、半絶縁性GaAs(100) 基板4上に、MB
E法(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル
成長法)を用いて形成したGaAsバッファ層5(膜
厚:7000Å)及びAl0.22Ga0.78As膜6(膜厚:1
μm)を積層したウエハ構造を使用する。このようなウ
エハ構造のAl0.22Ga0.78As膜6上に、SiOx
/SiN膜の積層膜を形成した後、熱処理を施す。そう
すると、前述したGaAsの場合と同様のメカニズムに
て、SiOx 膜からSi原子がAl0.22Ga0.78As膜
6内に拡散されて、Al0.22Ga0.78As膜6への不純
物のドーピングを行える。なお、この際のSiOx 膜,
SiN膜の成膜条件及び熱処理条件(RTA)は以下の
通りである。 SiOx 膜:SiH4 5sccm, N2 O 25sccm ;パワー
150W;成膜温度 300℃;膜厚 50 Å SiN膜:SiH4 15sccm, NH3 200sccm ;パワー 2
50W;成膜温度 300℃;膜厚 450Å RTA:温度 880℃;時間5sec.
(Seventh Embodiment) In the seventh embodiment, AlGa which is a ternary compound semiconductor is used as a III-V group compound semiconductor.
This is an example using an As film. In the seventh embodiment, as shown in FIG. 10, MB is formed on a semi-insulating GaAs (100) substrate 4.
GaAs buffer layer 5 (film thickness: 7000Å) and Al 0.22 Ga 0.78 As film 6 (film thickness: 1) formed by the E method (Molecular Beam Epitaxy)
μm) laminated wafer structure is used. After the laminated film of SiO x film / SiN film is formed on the Al 0.22 Ga 0.78 As film 6 having such a wafer structure, heat treatment is performed. Then, Si atoms are diffused from the SiO x film into the Al 0.22 Ga 0.78 As film 6 by the same mechanism as in the case of GaAs, and the Al 0.22 Ga 0.78 As film 6 can be doped with impurities. In this case, the SiO x film,
The film forming conditions and the heat treatment conditions (RTA) of the SiN film are as follows. SiO x film: SiH 4 5sccm, N 2 O 25sccm; power
150W; Film forming temperature 300 ° C; Film thickness 50 Å SiN film: SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm; Power 2
50W; film forming temperature 300 ° C; film thickness 450Å RTA: temperature 880 ° C; time 5 sec.

【0089】III−V族化合物半導体としてAlGaA
sを用いた場合においても、GaAsを用いた場合と同
様に、Si拡散によりドーピングが発生したことを確認
できた。また、形成するSiOx 膜,SiN膜の膜質及
び膜厚と熱処理温度とを変化させると、GaAsの場合
と同様に、電子濃度及びその分布深さが変化することも
分かった。
AlGaA as III-V compound semiconductor
Even when s was used, it was confirmed that doping was caused by Si diffusion as in the case of using GaAs. It was also found that when the film quality and film thickness of the SiO x film and SiN film to be formed and the heat treatment temperature were changed, the electron concentration and the distribution depth thereof were changed as in the case of GaAs.

【0090】図11は、上記の条件によりAlGaAsを
用いてドーピングを行った場合の電子濃度分布を示すグ
ラフであり、図11にはこれと同一条件にてGaAsを用
いてドーピングを行った場合の電子濃度分布も併せて示
す。図11の結果から、AlGaAsの方が電子濃度の分
布深さは大きいことがわかる。このような差が生じる主
要因は、GaAs及びAlGaAsからのSiOx 膜へ
のGa原子の外部拡散量が同程度であると仮定すると、
外部拡散によって生じるGa空孔がGaAsに比べてA
lGaAs中に深く形成されるようになり、その結果と
してSi原子も深い位置まで拡散されるからであろうと
推察できる。
FIG. 11 is a graph showing the electron concentration distribution when doping was performed using AlGaAs under the above conditions. FIG. 11 shows the case where doping was performed using GaAs under the same conditions as this. The electron concentration distribution is also shown. From the results of FIG. 11, it is understood that the distribution depth of the electron concentration is larger in AlGaAs. The main cause of such a difference is that assuming that the amount of Ga atoms out-diffused from GaAs and AlGaAs into the SiO x film is similar,
Ga vacancy caused by external diffusion is A compared to GaAs.
It can be inferred that the Si atoms are deeply formed in lGaAs, and as a result, Si atoms are also diffused to a deep position.

【0091】なお、上述の実施例では、 III−V族化合
物半導体としてGaAs,AlGaAsを用いたが、I
nP,InGaAs,InAlAs等の III−V族化合
物半導体、ならびにこのような III−V族化合物半導体
の複数の層からなるヘテロ接合基板に対しても同様に本
発明を適用することができる。また、上述の実施例で
は、V族原子拡散防止膜としてSiN膜を用いたが、他
の例としてAlN膜,WSi膜,WSiN膜等を利用し
てもよい。
Although GaAs and AlGaAs are used as the III-V group compound semiconductor in the above-mentioned embodiment, I
The present invention can be similarly applied to a III-V group compound semiconductor such as nP, InGaAs, InAlAs, and a heterojunction substrate including a plurality of layers of such a III-V group compound semiconductor. Further, in the above-mentioned embodiment, the SiN film is used as the group V atom diffusion preventing film, but as another example, an AlN film, a WSi film, a WSiN film or the like may be used.

【0092】上述した実施例1〜実施例7では、本発明
のドーピング法におけるSiOx/SiN積層構造膜か
らのSi拡散制御方法について述べた。以下の実施例8
〜21では、本発明のドーピング法を応用した半導体デバ
イスについて説明する。
In the above-described Examples 1 to 7, the method of controlling Si diffusion from the SiOx / SiN laminated structure film in the doping method of the present invention was described. Example 8 below
21 to 21, semiconductor devices to which the doping method of the present invention is applied will be described.

【0093】(実施例8)実施例8は、本発明によるド
ーピング層を抵抗層として用いた例であり、抵抗領域の
占有面積を小さく保ったままその抵抗値を自在に変える
ことができる抵抗層を示す例である。
(Embodiment 8) Embodiment 8 is an example in which the doping layer according to the present invention is used as a resistance layer, and the resistance value can be freely changed while keeping the occupied area of the resistance region small. Is an example showing.

【0094】(例1)図12は、実施例8の例1の抵抗層
が形成された半導体装置の模式的斜視図であり、図13は
図12のX−X線での断面図である。この半導体装置は以
下のような構造である。半導体基板11上にSi拡散可能
なSiOx/SiN積層膜12が堆積されており、抵抗層
の両端には電極14, 14が適長離隔して形成されている。
電極14, 14間の半導体基板11表面には、卍型の凹部13a,
13a…が、電極14, 14対向方向に等間隔で複数個、前記
対向方向に垂直な方向に2列で設けられており、凹部13
a, 13a…の一辺は電極14, 14対向方向に平行になるよう
に形成されている。凹部13a, 13a…の表面を含む電極1
4, 14間の半導体基板11表面に不純物が拡散されてお
り、この拡散部分が抵抗層13であり、電流が電極14, 14
間対向方向に流れるようになっている。
(Example 1) FIG. 12 is a schematic perspective view of a semiconductor device in which the resistance layer of Example 1 of Example 8 is formed, and FIG. 13 is a sectional view taken along line XX of FIG. . This semiconductor device has the following structure. A SiOx / SiN laminated film 12 capable of Si diffusion is deposited on a semiconductor substrate 11, and electrodes 14 and 14 are formed on both ends of the resistance layer with a proper distance.
On the surface of the semiconductor substrate 11 between the electrodes 14, 14, a swollen recess 13a,
A plurality of electrodes 13a are provided at equal intervals in the facing direction of the electrodes 14, 14 and are arranged in two rows in a direction perpendicular to the facing direction.
One side of a, 13a ... Is formed so as to be parallel to the facing direction of the electrodes 14, 14. Electrode 1 including the surfaces of recesses 13a, 13a ...
Impurities are diffused on the surface of the semiconductor substrate 11 between the four and fourteen, the diffused portion is the resistance layer 13, and the current flows through the electrodes 14,14.
It is designed to flow in the opposite direction.

【0095】このような抵抗層13を形成するには、ま
ず、半導体基板11上の、抵抗層を形成すべき位置であ
る、平面視での長方形部分にエッチングを施し、卍型の
凹部13a,13a…を等間隔で形成する。このとき、卍型の
一辺が前記長方形部分の一端部と平行になるように形成
する。そして、半導体基板11上にSiOx/SiN積層
膜12を堆積し、前記凹部13a, 13a…表面を含む前記長方
形部分に不純物を拡散し、抵抗層13を形成する。次に、
抵抗層13の長手方向に対向する位置に抵抗層13と接する
ように電極14, 14を形成する。
In order to form such a resistance layer 13, first, a rectangular portion in plan view, which is a position where the resistance layer is to be formed, is etched on the semiconductor substrate 11 to form a swollen recess 13a, 13a ... Are formed at equal intervals. At this time, one side of the swastika type is formed so as to be parallel to one end of the rectangular portion. Then, a SiOx / SiN laminated film 12 is deposited on the semiconductor substrate 11 and impurities are diffused into the rectangular portion including the surfaces of the recesses 13a, 13a ... And the resistance layer 13 is formed. next,
Electrodes 14 and 14 are formed at positions facing the resistance layer 13 in the longitudinal direction so as to be in contact with the resistance layer 13.

【0096】このような形成された抵抗層13には、前述
したように、電流は抵抗層13の長手方向に流れる。前記
凹部13a, 13a…は、電流と同方向及び垂直方向の双方向
に(以下フラクタル的という)側面を有している。これ
により、抵抗層13は、電流が流れる距離即ち実効距離
が、側面の深さ分だけ従来の抵抗層(本例のような凹部
が形成されていない抵抗層、以下従来例という)よりも
長い部分と、従来例と同様の実効距離である部分とを有
しており、全体としては従来例よりも実効距離が長くな
っているといえる。
In the resistance layer 13 thus formed, as described above, a current flows in the longitudinal direction of the resistance layer 13. The recesses 13a, 13a ... Have side faces in the same direction as the current and in the vertical direction (hereinafter referred to as fractal). As a result, the resistance layer 13 has a current flow distance, that is, an effective distance, which is longer than that of a conventional resistance layer (a resistance layer having no recessed portion as in this example, hereinafter referred to as a conventional example) by the depth of the side surface. It has a portion and a portion having an effective distance similar to that of the conventional example, and it can be said that the effective distance is longer than that of the conventional example as a whole.

【0097】また、電流方向に垂直な断面積即ち実効断
面積は、側面積の分だけ従来例よりも大きい部分と、従
来例と同様の断面積である部分とを有しており、全体と
しては従来例よりも実効面積が大きくなっているといえ
る。このことから、上述の抵抗層13の抵抗値は、従来例
の平面視同面積の抵抗層と変わらず、飽和電流値が増大
するといえる。
The cross-sectional area perpendicular to the current direction, that is, the effective cross-sectional area, has a portion larger than the conventional example by the side area and a portion having the same cross-sectional area as the conventional example, and as a whole. Can be said to have a larger effective area than the conventional example. From this, it can be said that the resistance value of the resistance layer 13 is the same as that of the conventional resistance layer having the same area in plan view, and the saturation current value increases.

【0098】図14は、上述した凹部13a, 13a…の異なる
形状を示した模式的平面図である。図14(a) は正方形凹
部であり、図14(b) は上述した卍型凹部であり、図14
(c) は卍型凹部よりもフラクタル次元を高めた形状であ
り、図14(c) のD部分を更にフラクタル次元を高めた形
状が図14(d) である。フラクタル次元を高めることによ
り凹部の側面積は増大するので、抵抗層13の実効断面積
が増大する。例えば、電流方向に垂直な方向の側面積
を、図14(a) の凹部で 1.0とするとき、図14(b) の凹部
では 1.8, 図14(c) の凹部では 4.0, 図14(d) の凹部で
は10.0となり、抵抗層の実効断面積は増大する。
FIG. 14 is a schematic plan view showing different shapes of the above-mentioned recesses 13a, 13a .... 14 (a) is a square recess, and FIG. 14 (b) is the swastika-shaped recess described above.
FIG. 14C shows a shape in which the fractal dimension is higher than that of the swastika-shaped recess, and FIG. 14D shows a shape in which the fractal dimension of the portion D in FIG. 14C is further increased. By increasing the fractal dimension, the side area of the concave portion increases, so that the effective cross-sectional area of the resistance layer 13 increases. For example, assuming that the side area in the direction perpendicular to the current direction is 1.0 for the concave portion of FIG. 14 (a), it is 1.8 for the concave portion of FIG. 14 (b), 4.0 for the concave portion of FIG. 14 (c), and FIG. In the concave part of), it becomes 10.0, and the effective area of the resistance layer increases.

【0099】図15は、例1の抵抗層13に、図14(a) 〜
(d) に示すフラクタル的な凹部13a, 13a…を形成した場
合の電流−電圧の関係を示したグラフである。図15から
明らかなように、フラクタル次元が高い図14(d) に示す
凹部ほど、抵抗層13の実効断面積が大きく飽和電流値が
大きいことが判る。
FIG. 15 shows the resistance layer 13 of Example 1 as shown in FIGS.
6 is a graph showing a current-voltage relationship when the fractal concave portions 13a, 13a ... Shown in (d) are formed. As is apparent from FIG. 15, the recesses shown in FIG. 14 (d) having a higher fractal dimension have a larger effective cross-sectional area of the resistance layer 13 and a larger saturation current value.

【0100】(例2)図16は、実施例8の例2の抵抗層
が形成された半導体装置の模式的斜視図であり、図17は
図16のX−X線での断面図である。この半導体装置は以
下のような構造である。半導体基板11上にSi拡散可能
なSiOx/SiN積層膜12が堆積されており、抵抗層
の両端には電極14, 14が適長離隔して形成されている。
電極14, 14間の半導体基板11表面には長方形の凹部13b,
13b…が、一辺を電極14, 14対向方向に平行に、その端
部の位置を合わせて、前記対向方向に等間隔に複数個設
けられている。凹部13b, 13b…の表面を含む電極14, 14
間の半導体基板11表面に不純物が拡散されており、この
拡散部分が抵抗層13であり、電流が電極14, 14間対向方
向に流れるようになっている。
(Example 2) FIG. 16 is a schematic perspective view of a semiconductor device in which a resistance layer of Example 2 of Example 8 is formed, and FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. . This semiconductor device has the following structure. A SiOx / SiN laminated film 12 capable of Si diffusion is deposited on a semiconductor substrate 11, and electrodes 14 and 14 are formed on both ends of the resistance layer with a proper distance.
On the surface of the semiconductor substrate 11 between the electrodes 14, 14, a rectangular recess 13b,
A plurality of the electrodes 13b ... Are provided at equal intervals in the facing direction, with one side being parallel to the facing direction of the electrodes 14 and 14 with their ends aligned. Electrodes 14, 14 including the surfaces of the recesses 13b, 13b ...
Impurities are diffused on the surface of the semiconductor substrate 11 between them, and the diffused portion is the resistance layer 13, and a current flows between the electrodes 14 and 14 in the opposing direction.

【0101】このような抵抗層13を形成するには、ま
ず、半導体基板11上の、抵抗層を形成すべき位置であ
る、平面視での長方形部分にエッチングを施し、該長方
形部分の長手方向に垂直な方向の一端から他端までを浸
食した凹部13b, 13b…を、長手方向に等間隔で形成す
る。そして、半導体基板11上にSiOx/SiN積層膜
12を堆積し、前記凹部13b, 13b…表面を含む前記長方形
部分に不純物を拡散し、抵抗層13を形成する。次に、抵
抗層13の長手方向に対向する位置に抵抗層13と接するよ
うに電極14, 14を形成する。
In order to form such a resistance layer 13, first, a rectangular portion in a plan view, which is a position where the resistance layer is to be formed, is etched on the semiconductor substrate 11, and the rectangular portion is formed in the longitudinal direction. Recesses 13b, 13b, ... Eroded from one end to the other end in the direction perpendicular to are formed at equal intervals in the longitudinal direction. Then, a SiOx / SiN laminated film is formed on the semiconductor substrate 11.
12 is deposited, and impurities are diffused into the rectangular portion including the surfaces of the recesses 13b, 13b ... And the resistance layer 13 is formed. Next, electrodes 14 and 14 are formed at positions facing the resistance layer 13 in the longitudinal direction so as to be in contact with the resistance layer 13.

【0102】このように形成された抵抗層13には、前述
したように、電流は抵抗層13の長手方向に流れる。凹部
13b, 13b…は、電流と垂直方向の側面を有しているの
で、実効距離は従来例よりも長く、実効断面積は従来例
と同じである。このことから、例2の抵抗層13の抵抗値
は、平面視同面積の従来例よりも大きいといえる。
In the resistance layer 13 thus formed, as described above, a current flows in the longitudinal direction of the resistance layer 13. Recess
Since 13b, 13b ... Have side faces in the direction perpendicular to the current, the effective distance is longer than that of the conventional example, and the effective cross-sectional area is the same as that of the conventional example. From this, it can be said that the resistance value of the resistance layer 13 of Example 2 is larger than that of the conventional example having the same area in plan view.

【0103】(例3)また、図18は、実施例8の例3の
抵抗層が形成された半導体装置の模式的斜視図であり、
図19は図18のX−X線での断面図である。この半導体装
置は以下のような構造である。半導体基板11上にSi拡
散可能なSiOx/SiN積層膜12が堆積されており、
抵抗層の両端には電極14, 14が適長離隔して形成されて
いる。電極14, 14間の半導体基板11表面には、2個の長
方形の凹部13c, 13cが、長手方向を電極14, 14対向方向
と平行になるように、前記対向方向に垂直方向に適長離
隔させて設けられている。凹部13c, 13cの表面を含む電
極14, 14間の半導体基板11表面に不純物が拡散されてお
り、この拡散部分が抵抗層13であり、電流が電極14, 14
間対向方向に流れるようになっている。
(Example 3) FIG. 18 is a schematic perspective view of a semiconductor device in which the resistance layer of Example 3 of Example 8 is formed.
FIG. 19 is a sectional view taken along line XX of FIG. This semiconductor device has the following structure. A Si diffusing SiOx / SiN laminated film 12 is deposited on a semiconductor substrate 11,
Electrodes 14 and 14 are formed on both ends of the resistance layer with a proper distance. On the surface of the semiconductor substrate 11 between the electrodes 14 and 14, two rectangular recesses 13c and 13c are vertically spaced apart from each other so that their longitudinal directions are parallel to the facing directions of the electrodes 14 and 14. It is provided. Impurities are diffused on the surface of the semiconductor substrate 11 between the electrodes 14, 14 including the surfaces of the recesses 13c, 13c. This diffused portion is the resistance layer 13, and the current flows through the electrodes 14, 14
It is designed to flow in the opposite direction.

【0104】このような抵抗層13を形成するには、ま
ず、半導体基板11上の、抵抗層を形成すべき位置であ
る、平面視での長方形部分にエッチングを施し、該長方
形部分の長手方向に垂直な方向の一端から他端までを浸
食した凹部13c, 13cを形成する。そして、半導体基板11
上にSiOx/SiN積層膜12を堆積し、該凹部13c, 1
3c表面を含む前記長方形部分に不純物を拡散し、抵抗層
13を形成する。次に、抵抗層13の長手方向に対向する位
置に抵抗層13と接するように電極14, 14を形成する。
In order to form such a resistance layer 13, first, a rectangular portion in a plan view, which is a position where the resistance layer is to be formed, is etched on the semiconductor substrate 11, and the rectangular portion is formed in the longitudinal direction. Recesses 13c, 13c are formed by eroding from one end to the other end in a direction perpendicular to. Then, the semiconductor substrate 11
A SiOx / SiN laminated film 12 is deposited on the upper surface of the concave portion 13c, 1
Impurities are diffused into the rectangular portion including the 3c surface to form a resistance layer.
Form 13. Next, electrodes 14 and 14 are formed at positions facing the resistance layer 13 in the longitudinal direction so as to be in contact with the resistance layer 13.

【0105】このように形成された抵抗層13には、前述
したように、電流は抵抗層13の長手方向に流れる。凹部
13c, 13cは、電流と同方向の側面を有しているので、実
効距離は従来例と同じであり、実効断面積は従来例より
も大きい。このことから、例3の抵抗層13の抵抗値は、
平面視同面積の従来例よりも小さく、飽和電流値は大き
いといえる。
In the resistance layer 13 thus formed, as described above, a current flows in the longitudinal direction of the resistance layer 13. Recess
Since 13c and 13c have side faces in the same direction as the current, the effective distance is the same as that of the conventional example, and the effective sectional area is larger than that of the conventional example. From this, the resistance value of the resistance layer 13 of Example 3 is
It can be said that the saturation current value is larger and smaller than the conventional example having the same area in plan view.

【0106】図20は、例2及び例3の抵抗層13の電流−
電圧の関係を示したグラフである。従来例として、半導
体層の抵抗層占有面積が例2,例3と同じ抵抗層の電流
−電圧の関係を示している。図20から明らかなように、
例2は、従来例と比較して飽和電流値は同じであるが、
抵抗値が大きいことが判る。また、例3は、従来例と比
較して飽和電流値は大きく抵抗値が小さいことが判る。
FIG. 20 shows the current flowing through the resistance layer 13 of Examples 2 and 3.
It is a graph which showed the relationship of voltage. As a conventional example, the area occupied by the resistance layer of the semiconductor layer shows the same current-voltage relationship of the resistance layer as in Examples 2 and 3. As is clear from Figure 20,
Example 2 has the same saturation current value as the conventional example,
It can be seen that the resistance value is large. Further, it can be seen that Example 3 has a large saturation current value and a small resistance value as compared with the conventional example.

【0107】(実施例9)実施例9は、現在、ゲート材
料として主流になりつつある高融点金属を用いたGaA
sFET(Metal-Semiconductor Field Effect Transis
tor)に関する。高融点金属の抵抗率は一般にAu系材料
に比べて100 倍程度大きく、特に低雑音FETにおいて
はゲート抵抗が大きくなることは不利である。従って、
電極形状をT型にして断面積を拡大し、ゲート抵抗を低
減する方法が採用されている。しかし、ゲート断面積拡
大のためにT型ゲートの傘の部分を大きくした場合、こ
の傘部分の下方の半導体層にソース・ゲート間抵抗低減
のためチャネル層より濃度が高いドーピング層をこのゲ
ートに対して自己整合的に形成することは困難である。
本実施例9はこのような事情に鑑みてなされたものであ
る。
(Embodiment 9) In Embodiment 9, GaA using a refractory metal which is becoming mainstream as a gate material at present is used.
sFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transis
tor). The resistivity of refractory metal is generally about 100 times higher than that of Au-based material, and it is disadvantageous that the gate resistance becomes large especially in a low noise FET. Therefore,
A method is adopted in which the electrode shape is T-shaped to increase the cross-sectional area and reduce the gate resistance. However, when the umbrella portion of the T-shaped gate is enlarged in order to expand the gate cross-sectional area, a doping layer having a higher concentration than the channel layer is formed in the semiconductor layer below the umbrella portion to reduce the resistance between the source and the gate. On the other hand, it is difficult to form them in a self-aligned manner.
The ninth embodiment is made in view of such circumstances.

【0108】図21, 図22は実施例9に係る電界効果型ト
ランジスタ(Field Effect Transistor :FET)の製
造方法の過程を示す模式的断面図である。先ず図21(a)
に示す如く、半絶縁性のGaAs基板21にn層選択注入
を行い低濃度ドーピング層22(8×1017cm-3)を形成す
る。そしてスパッタ法によりWSiN/Auを堆積し、
その後イオンミリング及び反応性イオンエッチングを用
いてT型ゲート電極23(傘部(Au)幅1.5 μm,脚部
(WSiN)幅0.5 μm) を低濃度ドーピング層22の上
面中央に形成する(図21(b))。
21 and 22 are schematic cross-sectional views showing the steps of a method for manufacturing a field effect transistor (FET) according to the ninth embodiment. First, Fig. 21 (a)
As shown in FIG. 3 , the n-layer selective implantation is performed on the semi-insulating GaAs substrate 21 to form the low concentration doping layer 22 (8 × 10 17 cm −3 ). Then, WSiN / Au is deposited by the sputtering method,
After that, a T-shaped gate electrode 23 (umbrella portion (Au) width 1.5 μm, leg portion (WSiN) width 0.5 μm) is formed at the center of the upper surface of the low concentration doping layer 22 by using ion milling and reactive ion etching (FIG. 21). (b)).

【0109】そしてこれら表面全体にプラズマCVD法
を用いてSiOx 膜(x<2)/SiN膜からなる2層
構造の拡散源24を形成し、低濃度ドーピング層22の表面
及びT型電極23の表面以外の部分はこれを除去する。さ
らに表面全体にその後の熱処理用保護膜として酸化シリ
コン(SiO2 )膜25を700 Åにて堆積する(図22
(c))。なお拡散源24のSiOx 膜及びSiN膜の成膜条
件は以下の通りである。 SiOx 膜:SiH4 5sccm N2 O 25sccm ;パワー
150W;成膜温度300 ℃;膜厚50Å SiN膜:SiH4 15sccm NH3 200sccm ; パワー 2
50W;成膜温度300 ℃;膜厚450 Å
Then, a diffusion source 24 having a two-layer structure composed of a SiO x film (x <2) / SiN film is formed on the entire surface by plasma CVD, and the surface of the low concentration doping layer 22 and the T-type electrode 23 are formed. Parts other than the surface of are removed. Further, a silicon oxide (SiO 2 ) film 25 is deposited at 700 Å on the entire surface as a protective film for subsequent heat treatment (FIG. 22).
(c)). The conditions for forming the SiO x film and the SiN film of the diffusion source 24 are as follows. SiO x film: SiH 4 5sccm N 2 O 25sccm; power
150W; Film forming temperature 300 ° C; Film thickness 50Å SiN film: SiH 4 15sccm NH 3 200sccm; Power 2
50W; film formation temperature 300 ℃; film thickness 450 Å

【0110】次に低濃度ドーピング層22の両端部に選択
イオン注入を行い、ソース・ドレイン領域のための高濃
度ドーピング層26(2.5 ×1018cm-3) を形成する(図22
(d))。
Next, selective ion implantation is performed on both ends of the low-concentration doping layer 22 to form a high-concentration doping layer 26 (2.5 × 10 18 cm −3 ) for the source / drain regions (FIG. 22).
(d)).

【0111】そして860 ℃,5秒間の短時間熱処理を行
うと低濃度ドーピング層22及び高濃度ドーピング層26が
活性化されて、GaAs基板21のGaとSiOx 膜のS
iとが置換してSiが拡散源24から基板中にドーピング
され、図22(e) に示す如くT型ゲート電極23の傘部分の
下方に厚さ400 Å、濃度2×1018cm-3の中濃度ドーピン
グ層27が形成される。ここでSiN膜は前記熱処理にお
けるAs拡散防止層として作用する。最後に高濃度ドー
ピング層26の上面にオーミック電極28を形成する(図22
(f))。
Then, a short heat treatment at 860 ° C. for 5 seconds activates the low-concentration doping layer 22 and the high-concentration doping layer 26, and Ga of the GaAs substrate 21 and S of the SiO x film are S.
Substituting i for doping Si into the substrate from the diffusion source 24, a thickness of 400 Å and a concentration of 2 × 10 18 cm -3 under the umbrella portion of the T-type gate electrode 23 as shown in FIG. 22 (e). A medium concentration doping layer 27 is formed. Here, the SiN film acts as an As diffusion prevention layer in the heat treatment. Finally, the ohmic electrode 28 is formed on the upper surface of the heavily doped layer 26 (FIG. 22).
(f)).

【0112】表1は実施例9によるFETと図22に示す
拡散層27をもたないFETとの特性を比較して示したも
のである。
Table 1 shows a comparison between the characteristics of the FET according to the ninth embodiment and the FET without the diffusion layer 27 shown in FIG.

【0113】[0113]

【表1】 [Table 1]

【0114】表1より実施例9によるFETでは静特
性, 高周波特性ともに向上していることが判る。また表
1は3インチ面内に作成したFETの平均値を示したも
のであるが各特性とも平均値の±8%以内にあり、良好
な均一性が得られた。
From Table 1, it can be seen that the FET according to Example 9 has improved static characteristics and high frequency characteristics. Table 1 shows the average values of the FETs formed within the 3-inch surface, and each characteristic was within ± 8% of the average value, and good uniformity was obtained.

【0115】前記熱処理においてはT型ゲート23の傘部
分の下方のGaAs基板21及び低濃度ドーピング層22に
拡散源24のSiOx 膜のSiが拡散してドーピングが行
われる。上述の如き条件で得られた拡散層27の深さ方向
における電子濃度分布を図23に示す。この濃度分布はS
iOx 膜,SiN膜の膜質,膜厚及び熱処理条件により
制御することが可能である。
In the heat treatment, Si of the SiO x film of the diffusion source 24 diffuses into the GaAs substrate 21 and the low-concentration doping layer 22 below the umbrella portion of the T-type gate 23 for doping. FIG. 23 shows the electron concentration distribution in the depth direction of the diffusion layer 27 obtained under the above conditions. This concentration distribution is S
It can be controlled by the film quality of the iO x film and the SiN film, the film thickness, and the heat treatment conditions.

【0116】なお本実施例ではT型ゲート電極を用いた
場合を示しているがゲート電極の形状はこれに限るもの
ではない。また基板は III−V族化合物からなる基板で
あれよい。またSiN膜は熱処理におけるAs拡散防止
層として用いており、他のV族原子の拡散防止層で代用
することができる。
Although the T-type gate electrode is used in this embodiment, the shape of the gate electrode is not limited to this. Further, the substrate may be a substrate made of a III-V group compound. Further, the SiN film is used as the As diffusion prevention layer in the heat treatment, and can be substituted with another V group atom diffusion prevention layer.

【0117】(実施例10)本発明のドーピング技術にお
けるSiOx /SiN積層構造膜の作製にはプラズマC
VD法を用いるので、ウェハ上の任意の場所に任意の形
状で選択的なドーピングが可能である。本実施例10はこ
の特徴を活かした縦型GaAsMESFETの作製例を
示す。
(Embodiment 10) Plasma C was used for producing a SiO x / SiN laminated structure film in the doping technique of the present invention.
Since the VD method is used, selective doping can be performed at any place on the wafer with any shape. Example 10 shows an example of manufacturing a vertical GaAs MESFET utilizing this feature.

【0118】図24は、実施例10に係るFETの製造方法
の工程を示す模式的断面図である。まず、半絶縁性のG
aAs基板31を選択的に略垂直にエッチングする(図24
(a))。このエッチングは、CCl2 2 とHeとの混合
ガスを使用したRIE(Reactive Ion Etching:反応性
イオンエッチング)によるドライエッチングにて行う。
このように選択的にエッチングされたGaAs基板31の
上面及び側面に、P−CVD法を用いて、SiOx 膜32
とV族原子拡散防止膜たるSiN膜33とをこの順に形成
した後、熱処理を施す。そうすると、前述したように、
SiOx 膜32内のSi原子がGaAs基板31内のGa原
子と入れ替わってGaAs基板31に拡散して、GaAs
基板31の上面及び側面にn型の動作層34が形成される
(図24(b))。ここで、SiOx 膜32,SiN膜33の成膜
条件、及び熱処理条件(RTA)は以下の通りである。 SiOx 膜:SiH4 5sccm, N2 O 25sccm ;パワー
150W;成膜温度 300℃;膜厚 50 Å SiN膜:SiH4 15sccm, NH3 200sccm ;パワー 2
50W;成膜温度 300℃;膜厚 450Å RTA:温度 880℃;時間5sec.
FIG. 24 is a schematic sectional view showing a step of the method for manufacturing the FET according to the tenth embodiment. First, semi-insulating G
The aAs substrate 31 is selectively etched substantially vertically (FIG. 24).
(a)). This etching is performed by dry etching by RIE (Reactive Ion Etching) using a mixed gas of CCl 2 F 2 and He.
The SiO x film 32 is formed on the upper surface and the side surface of the GaAs substrate 31 selectively etched as described above by using the P-CVD method.
After the SiN film 33, which is a group V atom diffusion preventing film, is formed in this order, heat treatment is performed. Then, as mentioned above,
Si atoms in the SiO x film 32 replace Ga atoms in the GaAs substrate 31 and diffuse into the GaAs substrate 31 to form GaAs.
An n-type operating layer 34 is formed on the upper surface and side surfaces of the substrate 31 (FIG. 24 (b)). Here, the film forming conditions of the SiO x film 32 and the SiN film 33 and the heat treatment conditions (RTA) are as follows. SiO x film: SiH 4 5sccm, N 2 O 25sccm; power
150W; Film forming temperature 300 ° C; Film thickness 50 Å SiN film: SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm; Power 2
50W; film forming temperature 300 ° C; film thickness 450Å RTA: temperature 880 ° C; time 5 sec.

【0119】次に、SiOx 膜32とSiN膜33との積層
膜をエッチングにより除去した後、オーミック電極とな
るAu/Ni/Au+Ge膜を、真空蒸着法により、G
aAs基板31の上面の動作層34上に堆積させた後、これ
を 450℃の水素ガス雰囲気にて合金化させてソース電極
35及びドレイン電極36を形成する(図24(c))。
Next, after removing the laminated film of the SiO x film 32 and the SiN film 33 by etching, the Au / Ni / Au + Ge film to be the ohmic electrode is formed into a G film by vacuum evaporation.
After being deposited on the operating layer 34 on the upper surface of the aAs substrate 31, this is alloyed in a hydrogen gas atmosphere at 450 ° C. to form the source electrode.
35 and the drain electrode 36 are formed (FIG. 24 (c)).

【0120】次いで、ECR−CVD法により、ソース
電極35及びドレイン電極36上にSi 3 4 膜37(膜厚:
0.1μm)を堆積した後、Si3 4 膜37上にショット
キ接合となるAl膜(膜厚:0.03μm)を真空蒸着法に
より堆積して、GaAs基板31の側面の動作層34に接触
するAl膜をゲート電極38として、FETを製造する
(図24(d))。
Then, by the ECR-CVD method, the source
Si on the electrode 35 and the drain electrode 36 3NFourMembrane 37 (Thickness:
 0.1 μm) and then Si3NFourShot on membrane 37
The Al film (thickness: 0.03μm) which becomes the junction is applied to the vacuum deposition method.
Deposition and contact with the operating layer 34 on the side surface of the GaAs substrate 31
A FET is manufactured by using the Al film as the gate electrode 38.
(Fig. 24 (d)).

【0121】上述した製造工程にあっては、P−CVD
法によりSiOx 膜32とSiN膜33との積層膜を一括し
てGaAs基板31上に形成した後、一括した熱処理を施
して動作層34を形成するようにしたので、選択エッチン
グされたGaAs基板31の側面にも不純物濃度が均一で
ある動作層4を容易に形成することができ、またその再
現性も高く、高歩留りにて縦型のGaAs系のFETを
製造できる。
In the above manufacturing process, P-CVD is used.
After the laminated film of the SiO x film 32 and the SiN film 33 is collectively formed on the GaAs substrate 31 by the method, the heat treatment is collectively performed to form the operation layer 34. Therefore, the GaAs substrate selectively etched. The operating layer 4 having a uniform impurity concentration can be easily formed also on the side surface of 31, and the reproducibility is high, and the vertical GaAs FET can be manufactured with a high yield.

【0122】また、ゲート電極長をAl膜の堆積時の膜
厚にて制御できるので、0.05μm以下のゲート電極38を
再現良く作製できる。因に、上述の実施例ではAl膜の
膜厚である0.03μmが実効ゲート長となる。このように
ゲート長の短縮化を図れるので、周波数の上昇(100GHz
以上)を期待できる。
Further, since the gate electrode length can be controlled by the film thickness at the time of depositing the Al film, the gate electrode 38 of 0.05 μm or less can be manufactured with good reproducibility. Incidentally, in the above embodiment, the effective gate length is 0.03 μm, which is the thickness of the Al film. Since the gate length can be shortened in this way, the frequency rises (100 GHz
Above) can be expected.

【0123】また、ソース・ゲート間距離を絶縁膜(S
3 4 膜37)の膜厚にて制御でき、因に、上述の実施
例ではSi3 4 膜37の膜厚である 0.1μmがソース・
ゲート間距離となる。このように、ソース・ゲート間距
離の短縮化を図れるので、ソース抵抗を低減でき相互コ
ンダクタンスは増加する。また、横型の構成に比べて素
子1個の占有面積が小さいので、より高集積化を図るこ
とができる。
Further, the distance between the source and the gate is set to the insulating film (S
The film thickness can be controlled by the film thickness of the i 3 N 4 film 37). For this reason, in the above-mentioned embodiment, the film thickness of the Si 3 N 4 film 0.1 μm is 0.1 μm.
Distance between gates. Thus, the distance between the source and the gate can be shortened, so that the source resistance can be reduced and the mutual conductance can be increased. Further, since the area occupied by one element is smaller than that in the horizontal configuration, higher integration can be achieved.

【0124】(実施例11)実施例11はニー(knee)電圧
を下げる目的で考案された出力パワーが高いFETの実
施例であり、ゲート耐圧を下げることなくドレインーソ
ース間抵抗を小さくできる。
(Embodiment 11) Embodiment 11 is an embodiment of a high output power FET devised for the purpose of lowering the knee voltage, and the drain-source resistance can be reduced without lowering the gate breakdown voltage.

【0125】(例1)図25は、実施例11の例1のFET
の構造を示す断面図である。図25において、50は半導体
基板としての半絶縁性のGaAs基板である。GaAs
基板50は段差部を有しその段差部はメサ状をなしてお
り、GaAs基板50のメサ上部の表面側には、その表面
から所定の深さにわたって動作層(n層)45が形成され
ている。また、GaAs基板50のメサ側部からメサ下部
に到る表面側には、その表面から所定の深さにわたっ
て、所定の間隔を隔ててソース領域,ドレイン領域とな
るn + 層44,44が形成されている。GaAs基板50のメ
サ上部の表面には、動作層(n層)45に接続させてゲー
ト電極42が設けられ、GaAs基板50のメサ下部の表面
には、n+ 層44,44にそれぞれ接続させてソース電極41
及びドレイン電極43が設けられている。メサ上部に形成
された動作層45の表面側の長さ、内奥側の長さは、夫々
2.3 μm、1.7 μmであり、ゲート電極42のゲート長は
0.5 μmである。ゲート−ソース間距離(ソース領域で
あるn+ 層44端からゲート電極42端までの距離)、ゲー
ト−ドレイン間距離(ドレイン領域であるn+ 層44端か
らゲート電極42端までの距離)は、それぞれ0.4 μm、
1.4 μmであり、このようなオフセットゲート構造を用
いることにより、ゲート−ドレイン間耐圧を大きくする
ようにしている。
Example 1 FIG. 25 is a FET of Example 1 of Example 11.
It is a cross-sectional view showing the structure of. In FIG. 25, 50 is a semiconductor
It is a semi-insulating GaAs substrate as a substrate. GaAs
The substrate 50 has a step portion, and the step portion has a mesa shape.
The surface side of the upper part of the mesa of the GaAs substrate 50 is
To the predetermined depth from the operating layer (n layer) 45 is formed.
ing. In addition, from the side of the mesa of the GaAs substrate 50 to the bottom of the mesa
On the surface side up to the
To form a source region and a drain region at a specified interval.
N +Layers 44, 44 are formed. GaAs substrate 50
On the surface of the upper part of the server, the game layer (n layer) 45 is connected to the gate.
Surface of the GaAs substrate 50 below the mesa where the electrode 42 is provided.
Has n+Source electrode 41 connected to layers 44 and 44 respectively
And a drain electrode 43. Formed on top of mesa
The length of the front side and the inner side of the operating layer 45 are respectively
2.3 μm and 1.7 μm, and the gate length of the gate electrode 42 is
0.5 μm. Gate-source distance (in source area
Some n+Distance from edge of layer 44 to edge of gate electrode 42), gate
To-drain distance (drain region n+Layer 44 edge?
To the edge of the gate electrode 42) is 0.4 μm,
1.4 μm, using such an offset gate structure
Increase the gate-drain breakdown voltage
I am trying.

【0126】このような構造のFETを製造する場合に
は、まず、メサ上部を除く領域にレジストを形成した
後、イオン注入技術を用いて、メサ上部に加速電圧70 k
eV, ドーズ量 2.5×1012cm-2にてドーパントを注入し
て、GaAs基板50のメサ上部の表面側に動作層45を形
成する。次に、前記レジストを除去した後、メサ上部に
別のレジストをパターン形成し、イオン注入技術を用い
て、メサ傾斜面を含むGaAs基板50表面に加速電圧10
0keV, ドーズ量5×1013cm-2にてドーパントを注入し
て、GaAs基板50のメサ側部からメサ下部に到る表面
側にn+ 層44,44を形成する。最後に、金属蒸着・リフ
トオフ法により、ゲート電極42,ソース電極41,ドレイ
ン電極43を各別に形成する。
When manufacturing an FET having such a structure, first, a resist is formed in a region other than the upper portion of the mesa, and then an accelerating voltage of 70 k is applied to the upper portion of the mesa using an ion implantation technique.
A dopant is implanted at eV and a dose amount of 2.5 × 10 12 cm -2 to form an operating layer 45 on the surface side of the GaAs substrate 50 above the mesa. Next, after removing the resist, another resist is patterned on the upper portion of the mesa, and an accelerating voltage 10 is applied to the surface of the GaAs substrate 50 including the mesa inclined surface by using an ion implantation technique.
Dopants are implanted at 0 keV and a dose of 5 × 10 13 cm -2 to form n + layers 44, 44 on the surface side of the GaAs substrate 50 extending from the side of the mesa to the bottom of the mesa. Finally, the gate electrode 42, the source electrode 41, and the drain electrode 43 are separately formed by the metal deposition / lift-off method.

【0127】例1のFETでは、メサ傾斜面からドーパ
ントが注入されるので、ソース領域, ドレイン領域とな
るn+ 層44,44は、図25のように形成され、ゲート−ド
レイン間距離を狭めることなく、ドレイン−ソース間距
離を短くできる。従って、ゲート耐圧を下げることな
く、ドレイン−ソース間抵抗を小さくできる。
In the FET of Example 1, since the dopant is injected from the mesa inclined surface, the n + layers 44, 44 to be the source region and the drain region are formed as shown in FIG. 25, and the gate-drain distance is narrowed. Without increasing the drain-source distance. Therefore, the drain-source resistance can be reduced without lowering the gate breakdown voltage.

【0128】(例2)図26は、実施例11の例2のFET
の構造を示す断面図である。ドレイン領域のn+ 層44側
の動作層45内にn- 層46を形成している。他の構造は、
前述した例1と同じであるので、同一部分には同一番号
を付してその説明は省略する。このような構造の例2に
おいても、例1と同様の効果を奏することは勿論であ
る。
(Example 2) FIG. 26 shows a FET of Example 2 of Example 11.
It is a cross-sectional view showing the structure of. An n layer 46 is formed in the operating layer 45 on the n + layer 44 side of the drain region. Other structures are
Since it is the same as the above-described example 1, the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Of course, in Example 2 having such a structure, the same effects as in Example 1 can be obtained.

【0129】(例3)図27は、実施例11の例3のFET
の構造を示す断面図である。図27において、50は III−
V族の化合物半導体基板としての半絶縁性のGaAs基
板である。GaAs基板50は段差部を有しその段差部は
逆メサ状をなしており、GaAs基板50の逆メサ上部の
表面側には、その表面から所定の深さにわたって動作層
(n層)45が形成されている。また、GaAs基板50の
逆メサ側部から逆メサ下部に到る表面側には、その表面
から所定の深さにわたって、所定の間隔を隔ててソース
領域,ドレイン領域となるn+ 層44,44が形成されてい
る。GaAs基板50の逆メサ上部の表面には、動作層
(n層)45に接続させてゲート電極42が設けられ、Ga
As基板50の逆メサ下部の表面には、n+ 層44,44にそ
れぞれ接続させてソース電極41及びドレイン電極43が設
けられている。逆メサ上部に形成された動作層45の表面
側の長さ、内奥側の長さは、夫々2.3 μm、1.7 μmで
あり、ゲート電極42のゲート長は0.5 μmである。ゲー
ト−ソース間距離(ソース領域であるn+ 層44端からゲ
ート電極42端までの距離)、ゲート−ドレイン間距離
(ドレイン領域であるn+ 層44端からゲート電極42端ま
での距離)は、それぞれ0.4 μm、1.4 μmであり、こ
のようなオフセットゲート構造を用いることにより、ゲ
ート−ドレイン間耐圧を大きくするようにしている。
Example 3 FIG. 27 shows the FET of Example 3 of Example 11.
It is a cross-sectional view showing the structure of. In FIG. 27, 50 is III−
It is a semi-insulating GaAs substrate as a group V compound semiconductor substrate. The GaAs substrate 50 has a stepped portion, and the stepped portion has an inverted mesa shape. On the surface side of the inverted mesa upper portion of the GaAs substrate 50, an operating layer (n layer) 45 is formed from the surface to a predetermined depth. Has been formed. Further, on the surface side from the reverse mesa side portion of the GaAs substrate 50 to the lower portion of the reverse mesa, the n + layers 44 and 44 serving as the source region and the drain region are formed at a predetermined distance from the surface to a predetermined depth. Are formed. A gate electrode 42 is provided on the upper surface of the reverse mesa of the GaAs substrate 50 so as to be connected to the operating layer (n layer) 45.
A source electrode 41 and a drain electrode 43 are provided on the surface of the As substrate 50 below the reverse mesa, respectively, which are connected to the n + layers 44, 44, respectively. The surface side length and the inner depth side of the operating layer 45 formed on the reverse mesa are 2.3 μm and 1.7 μm, respectively, and the gate length of the gate electrode 42 is 0.5 μm. The distance between the gate and the source (the distance from the end of the n + layer 44 that is the source region to the end of the gate electrode 42) and the distance between the gate and the drain (the distance from the end of the n + layer 44 that is the drain region to the end of the gate electrode 42) are , 0.4 μm and 1.4 μm, respectively, and by using such an offset gate structure, the breakdown voltage between the gate and the drain is increased.

【0130】次に、図27に示すような構成のFETを製
造する方法について、その工程を示す図28を参照して説
明する。まず、半絶縁性のGaAs基板50に対して、エ
ッチャント:CH(OH)COOH(酒石酸)+H2
2 +H2 Oを用いてエッチングを施し、エッチング角度
が55°である逆メサ状の段差部を形成する(図28(a))。
逆メサ上部を除く領域にレジストを形成した後、イオン
注入技術を用いて、逆メサ上部に加速電圧70 keV, ドー
ズ量 2.5×1012cm-2にてドーパントを注入して、GaA
s基板50の逆メサ上部の表面側に動作層45を形成する
(図28(b))。
Next, a method for manufacturing the FET having the structure shown in FIG. 27 will be described with reference to FIG. 28 showing the steps. First, for a semi-insulating GaAs substrate 50, an etchant: CH (OH) COOH (tartaric acid) + H 2 O
Etching is performed using 2 + H 2 O to form an inverted mesa step portion having an etching angle of 55 ° (FIG. 28 (a)).
After forming a resist in the area excluding the upper part of the reverse mesa, a dopant is injected into the upper part of the reverse mesa at an accelerating voltage of 70 keV and a dose amount of 2.5 × 10 12 cm -2 by using an ion implantation technique, and GaA is added.
The operating layer 45 is formed on the surface side of the reverse mesa upper portion of the s substrate 50 (FIG. 28 (b)).

【0131】次に、ソース領域,ドレイン領域となる不
純物拡散層(n+ 層)を形成するが、この例3では段差
部が逆メサ状をなすので、例1のようなイオン注入法で
は、逆メサ側部に不純物拡散層を形成することは不可能
である。そこで、本例3では、以下に述べるようなシリ
コン拡散技術によりこの不純物拡散層(n+ 層)を形成
する。
Next, an impurity diffused layer (n + layer) to be the source region and the drain region is formed. In Example 3, the stepped portion has an inverted mesa shape. Therefore, in the ion implantation method of Example 1, It is impossible to form an impurity diffusion layer on the side of the reverse mesa. Therefore, in Example 3, the impurity diffusion layer (n + layer) is formed by the silicon diffusion technique described below.

【0132】GaAs基板50の逆メサ側部及び逆メサ下
部に、P−CVD法を用いて、SiOx 膜47(x<2)
とV族原子拡散防止膜たるSiN膜48とをこの順に形成
した後、熱処理を施す(図28(c))。そうすると、前述し
たように、SiOx 膜47内のSi原子がGaAs基板50
内のGa原子と入れ替わってGaAs基板50に拡散し
て、その逆メサ側部及び逆メサ下部にn+ 層44,44が形
成される(図28(d))。ここで、SiOx 膜47,SiN膜
48の成膜条件、及び熱処理条件(RTA)は以下の通り
である。 SiOx 膜:SiH4 5sccm, N2 O 25sccm ;パワー
150W;成膜温度 300℃;膜厚 50 Å SiN膜:SiH4 15sccm, NH3 200sccm ;パワー 2
50W;成膜温度 300℃;膜厚 450Å RTA:温度 880℃;時間5sec.
An SiO x film 47 (x <2) is formed on the side of the reverse mesa and under the reverse mesa of the GaAs substrate 50 by P-CVD.
After forming a SiN film 48 as a group V atom diffusion preventing film in this order, heat treatment is performed (FIG. 28 (c)). Then, as described above, the Si atoms in the SiO x film 47 are converted into the GaAs substrate 50.
The Ga atoms therein are replaced and diffused into the GaAs substrate 50, and n + layers 44, 44 are formed on the side of the reverse mesa and under the reverse mesa (FIG. 28 (d)). Here, SiO x film 47, SiN film
The film forming conditions and heat treatment conditions (RTA) of 48 are as follows. SiO x film: SiH 4 5sccm, N 2 O 25sccm; power
150W; Film forming temperature 300 ° C; Film thickness 50 Å SiN film: SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm; Power 2
50W; film forming temperature 300 ° C; film thickness 450Å RTA: temperature 880 ° C; time 5 sec.

【0133】その後、SiOx 膜47とSiN膜48との積
層膜をエッチングにより除去した後、最後に、金属蒸着
・リフトオフ法により、ゲート電極42,ソース電極41,
ドレイン電極43を各別に形成して、図27に示すようなF
ETを製造する。
After that, the laminated film of the SiO x film 47 and the SiN film 48 is removed by etching, and finally, the gate electrode 42, the source electrode 41,
The drain electrode 43 is formed separately, and the drain electrode 43 is formed as shown in FIG.
Produce ET.

【0134】例3のFETでは、SiOx 膜47とSiN
膜48との積層膜構造から逆メサ傾斜面にドーパント(S
i)が拡散されるので、ソース領域, ドレイン領域とな
るn + 層44,44は、図27のように形成され、ゲート−ド
レイン間距離を狭めることなく、ドレイン−ソース間距
離を短くできる。従って、ゲート耐圧を下げることな
く、ドレイン−ソース間抵抗を小さくできる。
In the FET of Example 3, SiOxMembrane 47 and SiN
Due to the laminated film structure with the film 48, the dopant (S
Since i) is diffused, it becomes a source region and a drain region.
N +Layers 44 and 44 are formed as shown in FIG.
Drain-source distance without reducing the rain distance
The distance can be shortened. Therefore, do not reduce the gate breakdown voltage.
In addition, the drain-source resistance can be reduced.

【0135】(例4)図29は、実施例11の例4のFET
の構造を示す断面図である。ドレイン領域のn+ 層44側
の動作層45内にn- 層46を形成している。他の構造は、
前述した例3と同じであるので、同一部分には同一番号
を付してその説明は省略する。このような構造の例4に
おいても、例3と同様の効果を奏することは勿論であ
る。
Example 4 FIG. 29 shows the FET of Example 4 of Example 11.
It is a cross-sectional view showing the structure of. An n layer 46 is formed in the operating layer 45 on the n + layer 44 side of the drain region. Other structures are
Since it is the same as the above-mentioned example 3, the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Of course, in Example 4 having such a structure, the same effect as that of Example 3 can be obtained.

【0136】なお、例1の製造時に、イオン注入技術を
用いてn+ 層44,44を形成したが、例3の製造時と同様
に、SiOx 膜とSiN膜との積層膜を形成した後に熱
処理を施してSiOx 膜からのシリコン拡散によりn+
層44,44を形成するようにしてもよい。また、例3にお
けるn+ 層44,44の形成技術を用いて、動作層45を形成
するようにしてもよい。
While the n + layers 44 and 44 were formed by using the ion implantation technique during the manufacture of Example 1, a laminated film of SiO x film and SiN film was formed as in the case of manufacture of Example 3. After that, a heat treatment is performed to diffuse n + by silicon diffusion from the SiO x film.
The layers 44, 44 may be formed. Further, the operation layer 45 may be formed by using the technique for forming the n + layers 44, 44 in Example 3.

【0137】次に、従来のFET(以下従来例という)
と図25に示す例1のFETと図27に示す例3のFETと
におけるトランジスタ特性,ゲート耐圧,ソース−ドレ
イン間抵抗の比較について説明する。表2は、これらの
各FETにおける数値結果を示している。
Next, a conventional FET (hereinafter referred to as a conventional example)
A comparison of the transistor characteristics, gate breakdown voltage, and source-drain resistance between the FET of Example 1 shown in FIG. 25 and the FET of Example 3 shown in FIG. 27 will be described. Table 2 shows the numerical results for each of these FETs.

【0138】[0138]

【表2】 [Table 2]

【0139】表2の結果から、従来例と実施例11の例
1,3とを比較した場合に、実施例11例1,3では従来
例と比べて、ゲート耐圧はあまり変わらず、ドレイン−
ソース間抵抗は大幅に低減されたことが分かる。またニ
ー電圧も下がることが分かる。
From the results in Table 2, when the conventional example and the examples 1 and 3 of the example 11 are compared, the gate breakdown voltage of the examples 11 and 3 of the example 11 is not much different from that of the conventional example, and the drain-
It can be seen that the resistance between the sources is greatly reduced. Also, it can be seen that the knee voltage also decreases.

【0140】以上のように、実施例11のFETでは、段
差部を有する半導体基板の段差部側部及び段差部下部
に、ソース領域, ドレイン領域となる不純物拡散層を形
成しているので、ゲート耐圧を下げることなく、ドレイ
ン−ソース間抵抗を低減することができ、この結果、ニ
ー電圧を下げて出力パワーの大きさに制約が生じず、高
出力,高効率の電力増幅用のFETを提供できる。ま
た、ドレイン−ソース間抵抗が低減するので、相互コン
ダクタンスgm の増大を図れる等、トランジスタ特性の
向上を実現できる。
As described above, in the FET of the eleventh embodiment, since the impurity diffusion layers serving as the source region and the drain region are formed on the side of the step portion and below the step portion of the semiconductor substrate having the step portion, the gate is formed. The drain-source resistance can be reduced without lowering the breakdown voltage. As a result, the knee voltage is reduced and the output power is not restricted, providing a high-output, high-efficiency FET for power amplification. it can. Further, since the drain-source resistance is reduced, the transconductance gm can be increased and the transistor characteristics can be improved.

【0141】(実施例12)実施例12は、本発明のドーピ
ング技術を用い、2度の熱処理によりチャネルのn層及
びソース・ドレイン領域のn+ 層を形成するFETの作
製例を示したものである。
(Embodiment 12) Embodiment 12 shows an example of manufacturing an FET using the doping technique of the present invention to form an n-layer of a channel and an n + layer of a source / drain region by two heat treatments. Is.

【0142】(例1)図30は実施例12の例1のFETの
製造方法の工程を示す断面図である。まず半絶縁性のG
aAs基板51上のドーピング層形成領域に、ノンドープ
のSiOx 膜(x<2)及びV族原子拡散防止膜である
SiN膜をこの順に積層してなる拡散源52を形成する。
拡散源52の成膜条件は以下の通りである。 SiOx 膜:SiH4 10sccm, N2 O 20sccm ;パワー
150W;成膜温度 300℃;膜厚 100Å SiN膜:SiH4 15sccm, NH3 200sccm,N2 100scc
m ;パワー 250W;成膜温度 300℃;膜厚 400Å
(Example 1) FIG. 30 is a sectional view showing a step in the method of manufacturing the FET of Example 1 of Example 12. First, semi-insulating G
In the doping layer formation region on the aAs substrate 51, a diffusion source 52 is formed by stacking a non-doped SiO x film (x <2) and a SiN film which is a group V atom diffusion prevention film in this order.
The film forming conditions of the diffusion source 52 are as follows. SiO x film: SiH 4 10sccm, N 2 O 20sccm; power
150W; Film forming temperature 300 ℃; Film thickness 100Å SiN film: SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm, N 2 100scc
m; power 250W; film forming temperature 300 ° C; film thickness 400Å

【0143】そして1回目の熱処理( 800℃,30秒)を
行い、GaAs基板51表面にn層53(ドーピング濃度2
×1018cm-3,膜厚0.03μm )を形成する(図30(a))。
Then, the first heat treatment (800 ° C., 30 seconds) is performed, and the n layer 53 (having a doping concentration of 2) is formed on the surface of the GaAs substrate 51.
A film thickness of × 10 18 cm -3 and a film thickness of 0.03 μm is formed (Fig. 30 (a)).

【0144】次に所要領域の拡散源52を選択的に除去
し、その部分に高融点金属であるWSiからなるゲート
電極54を形成する(図30(b))。その後、2回目の熱処理
( 880℃,5秒)を行うと、拡散源52の下側にさらにド
ーピングが施され、n層53よりドーピング濃度が高く
(4×1018cm-3)、且つ膜厚が厚い(0.07μm )n+
55,55が選択的に形成される(図30(c))。そしてn+
55,55上の所要領域の拡散源52を除去し、その部分にA
uGe/Ni/Auからなるオーミック電極56,56を形
成する(図30(d))。
Next, the diffusion source 52 in the required area is selectively removed, and the gate electrode 54 made of WSi which is a refractory metal is formed in that portion (FIG. 30 (b)). After that, when the second heat treatment (880 ° C., 5 seconds) is performed, the lower side of the diffusion source 52 is further doped, the doping concentration is higher than that of the n layer 53 (4 × 10 18 cm −3 ), and the film is formed. Thick (0.07 μm) n + layer
55 and 55 are selectively formed (FIG. 30 (c)). And n + layers
Remove the diffusion source 52 in the required area on 55, 55 and
Ohmic electrodes 56, 56 made of uGe / Ni / Au are formed (FIG. 30 (d)).

【0145】(例2)図31は実施例12の例2のFETの
製造方法の工程を示す断面図であり、変調ドープFET
の場合を示している。MBE(分子線エピタキシャル成
長)法によりノンドープのGaAs層57上にノンドープ
のAlGaAs層58を積層したGaAs/AlGaAs
基板上において、前述の例1と同様にドーピング層の形
成領域に拡散源52を形成する。そして1回目の熱処理
( 800℃,30秒)を行い、AlGaAs層58にn層53
(ドーピング濃度2×1018cm-3,膜厚0.06μm )を形成
する(図31(a))。
(Example 2) FIG. 31 is a cross-sectional view showing the steps of a method for manufacturing an FET of Example 2 of Example 12, which is a modulation-doped FET.
Shows the case. GaAs / AlGaAs in which a non-doped AlGaAs layer 58 is laminated on a non-doped GaAs layer 57 by the MBE (molecular beam epitaxial growth) method.
On the substrate, the diffusion source 52 is formed in the region where the doping layer is formed, as in the case of Example 1 described above. Then, the first heat treatment (800 ° C., 30 seconds) is performed, and the n-layer 53 is formed on the AlGaAs layer 58.
(Doping concentration 2 × 10 18 cm −3 , film thickness 0.06 μm) is formed (FIG. 31 (a)).

【0146】次に所要領域の拡散源52を選択的に除去
し、その部分に高融点金属であるWSiからなるゲート
電極54を形成する(図31(b))。その後、2回目の熱処理
( 880℃,5秒)を行うと、拡散源52の下側にさらにド
ーピングが施され、n層53よりドーピング濃度が高く
(4×1018cm-3)、且つ膜厚が厚い(0.15μm )n+
55,55が選択的に形成される(図31(c))。そしてn+
55,55上の所要領域の拡散源52を除去し、その部分にA
uGe/Ni/Auからなるオーミック電極56,56を形
成すると、ゲート電極54の下方にのみ2次元電子ガス層
59が形成された変調ドープFETが得られる(図31
(d))。
Next, the diffusion source 52 in the required region is selectively removed, and the gate electrode 54 made of WSi which is a refractory metal is formed in that portion (FIG. 31 (b)). After that, when the second heat treatment (880 ° C., 5 seconds) is performed, the lower side of the diffusion source 52 is further doped, the doping concentration is higher than that of the n layer 53 (4 × 10 18 cm −3 ), and the film is formed. Thick (0.15 μm) n + layer
55 and 55 are selectively formed (FIG. 31 (c)). And n + layers
Remove the diffusion source 52 in the required area on 55, 55 and
When the ohmic electrodes 56, 56 made of uGe / Ni / Au are formed, the two-dimensional electron gas layer is formed only below the gate electrode 54.
A modulation-doped FET having 59 formed is obtained (FIG. 31).
(d)).

【0147】図32は、図30,図31に示すドーピング層の
電子濃度を示すグラフである。GaAs(GaAs基板
51),AlGaAs(AlGaAs層58) のいずれにお
いても、2回目の熱処理により、1回目よりもドーピン
グ濃度(電子濃度)が高く、ドーピング深さが深いドー
ピング層が形成されている。このように熱処理の温度,
時間を変えることにより、ドーピング濃度,ドーピング
深さを容易に制御することができる。
FIG. 32 is a graph showing the electron concentration of the doping layer shown in FIGS. 30 and 31. GaAs (GaAs substrate
In both 51) and AlGaAs (AlGaAs layer 58), a doping layer having a higher doping concentration (electron concentration) and a deeper doping depth than the first time is formed by the second heat treatment. Thus, the temperature of heat treatment,
The doping concentration and the doping depth can be easily controlled by changing the time.

【0148】本発明方法を使用して形成するドーピング
層のドーピング濃度は、2回以上の熱処理により2種以
上とすることも容易である。
The doping concentration of the doping layer formed by using the method of the present invention can be easily adjusted to two or more by performing heat treatment twice or more.

【0149】また本実施例では、GaAs基板及びGa
As/AlGaAsヘテロ結合基板について説明した
が、他の III−V族化合物半導体基板にも適用可能であ
ることはいうまでもない。
In this embodiment, a GaAs substrate and Ga are used.
Although the As / AlGaAs heterojunction substrate has been described, it goes without saying that it can be applied to other III-V group compound semiconductor substrates.

【0150】(実施例13)実施例13は、上層のSiN膜
の膜厚を制御して、エンハンスメント・モードとディプ
レッション・モードとのFETを1度の熱処理にて作製
する方法を示したものである。
(Embodiment 13) Embodiment 13 shows a method of controlling the film thickness of the upper SiN film to fabricate an enhancement mode FET and a depletion mode FET by one heat treatment. is there.

【0151】本実施例13では、本発明の上述のドーピン
グ方法において、SiN膜の膜厚を制御することによ
り、V族原子の外部拡散及びSi原子の拡散を制御する
ことが可能であることを利用している。図33はSiN膜
の膜厚と拡散層のシート抵抗の逆数(シート導電度)と
の関係を示すグラフである。SiN膜の膜厚が 200Å以
上であるとシート導電度にほとんど変化はないが、 200
Å以下である場合はシート導電度は大きく変化する。
In the thirteenth embodiment, by controlling the film thickness of the SiN film in the above-described doping method of the present invention, it is possible to control the outward diffusion of V group atoms and the diffusion of Si atoms. We are using. FIG. 33 is a graph showing the relationship between the film thickness of the SiN film and the reciprocal of the sheet resistance of the diffusion layer (sheet conductivity). If the film thickness of the SiN film is 200 Å or more, there is almost no change in the sheet conductivity.
If it is less than Å, the sheet conductivity changes greatly.

【0152】図34はこの現象を利用して導電層を形成す
る方法を示す説明図である。図1に示すSiN膜3の一
部の厚みを薄くして(図34(a))熱処理を行うと、SiN
膜3の厚みが薄い部分には、SiN膜3の厚みが厚い部
分に形成された導電層85より抵抗が高い導電層86が形成
される(図34(b))。この導電層86は導電層85よりも拡散
深さが浅く、且つキャリア濃度が低い。このようにSi
N膜3の膜厚を制御すれば、1度の熱処理で抵抗値が異
なる導電層を同時的に形成することが可能である。
FIG. 34 is an explanatory view showing a method of forming a conductive layer by utilizing this phenomenon. When a part of the SiN film 3 shown in FIG. 1 is thinned (FIG. 34 (a)) and heat-treated, SiN
A conductive layer 86 having a higher resistance than the conductive layer 85 formed in the thick portion of the SiN film 3 is formed in the thin portion of the film 3 (FIG. 34 (b)). The conductive layer 86 has a shallower diffusion depth and a lower carrier concentration than the conductive layer 85. Thus Si
By controlling the film thickness of the N film 3, it is possible to simultaneously form conductive layers having different resistance values by one heat treatment.

【0153】また、本実施例13では、上述の効果に加
え、ヘテロ接合層に抵抗値が異なる導電層が形成される
ので、所要の変調ドープ構造を容易に形成することがで
きる。
Further, in the thirteenth embodiment, in addition to the above-mentioned effects, since the conductive layers having different resistance values are formed in the heterojunction layer, the required modulation doped structure can be easily formed.

【0154】(例1)図35は、実施例13の例1における
GaAs型FETの製造方法を示す説明図である。まず
図35(a) に示す如く、平行平板型RFプラズマCVD装
置を使用して半絶縁性のGaAs基板61上に、SiOx
膜62及びSiN膜63からなる拡散源64を下記の条件にて
形成する。 SiOx 膜62:SiH4 10sccm,N2 O 30sccm;パワ
ー 150W;成膜温度 300℃;膜厚 50Å SiN膜63:SiH4 15sccm,NH3 200sccm;パワー
250W;成膜温度 300℃;膜厚 60Å
(Example 1) FIG. 35 is an explanatory view showing a method of manufacturing a GaAs type FET in Example 1 of Example 13. First, as shown in FIG. 35 (a), a parallel plate type RF plasma CVD apparatus is used to form SiO x on a semi-insulating GaAs substrate 61.
A diffusion source 64 composed of the film 62 and the SiN film 63 is formed under the following conditions. SiO x film 62: SiH 4 10sccm, N 2 O 30sccm; power 150W; film forming temperature 300 ° C; film thickness 50Å SiN film 63: SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm; power
250W; Film forming temperature 300 ℃; Film thickness 60Å

【0155】そして導電層を形成する位置に、レジスト
65を形成し、レジスト65にて被覆されていない部分の拡
散源64を除去する。
Then, a resist is formed at the position where the conductive layer is to be formed.
65 is formed, and the diffusion source 64 in the portion not covered with the resist 65 is removed.

【0156】次にレジスト65を除去した後、ゲート電極
を形成する位置にダミーゲートとしてレジスト66を形成
する(図35(b))。そしてこの表面にECR−CVD法に
より常温で形成可能なSiN膜67を下記の条件にて形成
した後、リフトオフ法によりレジスト66を除去して反転
パターンを形成する(図35(c))。 SiN膜67:SiH4 13sccm,N2 30sccm;パワー 600
W;成膜温度 室温;膜厚 1000Å
Next, after removing the resist 65, a resist 66 is formed as a dummy gate at the position where the gate electrode is to be formed (FIG. 35 (b)). Then, a SiN film 67 that can be formed at room temperature is formed on this surface by the ECR-CVD method under the following conditions, and then the resist 66 is removed by the lift-off method to form an inverted pattern (FIG. 35 (c)). SiN film 67: SiH 4 13sccm, N 2 30sccm; power 600
W: Film formation temperature Room temperature; Film thickness 1000Å

【0157】この状態で 880℃5秒間の熱処理を行う
と、拡散源64が存在し、且つSiN膜67が存在する領域
ではSi原子がGaAs基板61へ十分に拡散し低抵抗
(シート抵抗値 250Ω/□)の導電層68が形成される
が、SiN膜67が存在しない領域では拡散が十分に進行
せず導電層68に比べ拡散深さが浅く、抵抗値が高い( 8
00Ω/□)導電層69が形成される(図35(d))。そして導
電層69上の拡散源64をエッチング除去し、ゲート電極G
を自己整合的に形成し、導電層68上のオーミック電極形
成領域の拡散源64をエッチング除去し、オーミック電極
Oを形成してFETとする(図35(e))。このように本実
施例13を使用すると1度の熱処理により2種類の導電層
を形成することが可能である。
When heat treatment is carried out at 880 ° C. for 5 seconds in this state, Si atoms are sufficiently diffused into the GaAs substrate 61 in the region where the diffusion source 64 exists and the SiN film 67 exists, and the low resistance (sheet resistance value 250 Ω) is obtained. / □) conductive layer 68 is formed, but diffusion does not proceed sufficiently in the region where SiN film 67 does not exist, the diffusion depth is shallower than conductive layer 68, and the resistance value is high (8
A conductive layer 69 is formed (00Ω / □) (FIG. 35 (d)). Then, the diffusion source 64 on the conductive layer 69 is removed by etching, and the gate electrode G
Are formed in a self-aligned manner, the diffusion source 64 in the ohmic electrode formation region on the conductive layer 68 is removed by etching, and the ohmic electrode O is formed to form a FET (FIG. 35 (e)). As described above, by using the thirteenth embodiment, it is possible to form two kinds of conductive layers by one heat treatment.

【0158】(例2)図36は、実施例13の例2における
E型及びD型FETの製造方法を示す説明図である。ま
ず図36(a) に示す如く、前述の実施例と同様の方法に
て、半絶縁性のGaAs基板61上のE型及びD型FET
形成領域にSiOx 膜62及びSiN膜63からなる拡散源
64を形成する。そしてゲート電極を形成する位置以外の
領域に、SiN膜67を形成する。
(Example 2) FIG. 36 is an explanatory view showing a method of manufacturing the E-type and D-type FETs in Example 2 of Example 13. First, as shown in FIG. 36 (a), the E-type and D-type FETs on the semi-insulating GaAs substrate 61 are processed by the same method as the above-mentioned embodiment.
Diffusion source consisting of SiO x film 62 and SiN film 63 in the formation region
Forming 64. Then, the SiN film 67 is formed in a region other than the position where the gate electrode is formed.

【0159】次にD型FETの形成領域をレジスト70で
覆い、E型FET形成領域において露出しているSiN
膜63を緩衝フッ酸にて20Åエッチング除去する(図36
(b))。そしてレジスト70を除去した後、 880℃5秒間の
熱処理を行うと、SiN膜63を一部除去した部分はSi
原子の拡散が最も抑制され、抵抗が高い(3000Ω/□)
導電層71が形成される。D型FET形成領域のSiN膜
67に覆われていない部分は、導電層71よりは少し抵抗が
低い( 800Ω/□)導電層72が形成され、SiN膜67に
覆われている部分はさらに抵抗が低い( 250Ω/□)導
電層73が形成される(図36(c))。
Next, the D-type FET formation region is covered with a resist 70 to expose the SiN exposed in the E-type FET formation region.
The film 63 is removed by etching with 20 Å buffered hydrofluoric acid (Fig. 36).
(b)). Then, after removing the resist 70, heat treatment is performed at 880 ° C. for 5 seconds.
Atom diffusion is most suppressed and resistance is high (3000Ω / □)
The conductive layer 71 is formed. SiN film in D-type FET formation region
The conductive layer 72 having a resistance slightly lower than that of the conductive layer 71 (800 Ω / □) is formed in the portion not covered with 67, and the resistance covered with the SiN film 67 is even lower (250 Ω / □). The layer 73 is formed (FIG. 36 (c)).

【0160】その後、各導電層及び各素子の境界部以外
の拡散源64及びSiN膜67を除去し、ゲート電極Gを導
電層71, 72上に形成し、オーミック電極Oを導電層73上
に形成する(図36(d))。そうするとゲートバイアス0V
時に電流が流れるD型FETと、0V時には電流が流れ
ないE型FETとが同時的に形成される。
Thereafter, the diffusion source 64 and the SiN film 67 other than the boundary between the conductive layers and the elements are removed, the gate electrode G is formed on the conductive layers 71 and 72, and the ohmic electrode O is formed on the conductive layer 73. Formed (FIG. 36 (d)). Then the gate bias is 0V
A D-type FET in which current sometimes flows and an E-type FET in which current does not flow at 0 V are simultaneously formed.

【0161】(例3)図37は、実施例13の例3における
AlGaAs/GaAs変調ドープFETの製造方法を
示す説明図である。まず図37(a) に示す如く、半絶縁性
のGaAs基板61上にノンドープのAlGaAs(Al
組成0.22) 層74を形成した後、SiO x 膜62及びSiN
膜63からなる拡散源64を前述と同様の条件にて形成す
る。そして導電層を形成する位置に、レジスト75を形成
し、レジスト75にて被覆されていない部分の拡散源64を
除去する。
(Example 3) FIG. 37 shows an example 3 of the thirteenth embodiment.
A method for manufacturing an AlGaAs / GaAs modulation-doped FET
It is an explanatory view shown. First, as shown in Fig. 37 (a), semi-insulating
Undoped AlGaAs (Al
Composition 0.22) After forming layer 74, SiO xMembrane 62 and SiN
A diffusion source 64 consisting of the film 63 is formed under the same conditions as described above.
It Then, a resist 75 is formed at the position where the conductive layer is to be formed.
The diffusion source 64 on the part not covered by the resist 75.
Remove.

【0162】次にレジスト75を除去した後、ゲート電極
を形成する位置にダミーゲートとしてレジスト76を形成
する(図37(b))。そしてこの表面にECR−CVD法に
より常温で形成可能なSiN膜67を前述と同様の条件に
て形成した後、リフトオフ法によりレジスト76を除去し
て反転パターンを形成する(図37(c))。
Next, after removing the resist 75, a resist 76 is formed as a dummy gate at the position where the gate electrode is to be formed (FIG. 37 (b)). Then, an SiN film 67 that can be formed at room temperature by ECR-CVD is formed on this surface under the same conditions as described above, and then the resist 76 is removed by lift-off to form an inverted pattern (FIG. 37 (c)). .

【0163】この状態で 880℃5秒間の熱処理を行う
と、拡散源64が存在し、且つSiN膜67が存在する領域
ではSi原子がGaAs基板61及びAlGaAs層74へ
十分に拡散し(拡散深さ1500Å) 低抵抗( 250Ω/□)
の導電層77が形成される。一方、SiN膜67が存在しな
い領域ではAlGaAs層74の途中まで拡散し(拡散深
さ 400Å) 、このAlGaAsの拡散ドーピング層78が
電子供給層となって、AlGaAs/GaAs界面のG
aAs層側に2次元電子ガス層79(1200Ω/□)が生
じ、変調ドープ構造となる(図37(d))。そして拡散ドー
ピング層78上の拡散源64をエッチング除去し、ゲート電
極Gを自己整合的に形成し、導電層77上のオーミック電
極形成領域の拡散源64をエッチング除去し、オーミック
電極Oを形成して変調ドープFETとする(図37(e))。
このように本実施例13を使用すると1度の熱処理により
変調ドープFETを形成することが可能である。
When heat treatment is performed at 880 ° C. for 5 seconds in this state, Si atoms are sufficiently diffused into the GaAs substrate 61 and the AlGaAs layer 74 in the region where the diffusion source 64 exists and the SiN film 67 exists (diffusion depth). 1500 Å) Low resistance (250Ω / □)
Conductive layer 77 is formed. On the other hand, in the region where the SiN film 67 does not exist, the AlGaAs layer 74 diffuses to the middle (diffusion depth 400 Å), and the AlGaAs diffusion doping layer 78 serves as an electron supply layer, and the AlGaAs / GaAs interface G
A two-dimensional electron gas layer 79 (1200Ω / □) is generated on the side of the aAs layer, and a modulation doping structure is formed (FIG. 37 (d)). Then, the diffusion source 64 on the diffusion doping layer 78 is removed by etching, the gate electrode G is formed in a self-aligned manner, the diffusion source 64 in the ohmic electrode formation region on the conductive layer 77 is removed by etching, and the ohmic electrode O is formed. To form a modulation doped FET (FIG. 37 (e)).
As described above, by using the thirteenth embodiment, it is possible to form the modulation-doped FET by one heat treatment.

【0164】(例4)図38は実施例13の例4におけるE
型及びD型AlGaAs/GaAs変調ドープFETの
製造方法を示す説明図である。まず図38(a) に示す如
く、半絶縁性のGaAs基板61上にノンドープのAlG
aAs層74を形成した後、導電層形成領域にSiOx
62及びSiN膜63からなる拡散源64を前述と同様の条件
にて形成する。そしてゲート電極を形成する位置以外の
領域に、SiN膜67を形成する。
Example 4 FIG. 38 shows E in Example 4 of Example 13.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing a D-type and D-type AlGaAs / GaAs modulation-doped FET. First, as shown in FIG. 38 (a), non-doped AlG is formed on a semi-insulating GaAs substrate 61.
After forming the aAs layer 74, a SiO x film is formed in the conductive layer forming region.
A diffusion source 64 composed of 62 and the SiN film 63 is formed under the same conditions as described above. Then, the SiN film 67 is formed in a region other than the position where the gate electrode is formed.

【0165】次にD型変調ドープFETの形成領域をレ
ジスト70で覆い、E型変調ドープFET形成領域におい
て露出しているSiN膜63を緩衝フッ酸にて20Åエッチ
ング除去する(図38(b))。そしてレジスト70を除去した
後、 880℃5秒間の熱処理を行うと、図38(c) に示す如
く、SiN膜63を一部除去した部分はSi原子の拡散が
最も抑制された(拡散深さ 200Å) AlGaAsの拡散
ドーピング層80が形成される。またD型変調ドープFE
T形成領域のSiN膜67に覆われていない部分は、前記
拡散ドーピング層80よりは拡散深さが少し深いAlGa
Asの拡散ドーピング層81が形成され(拡散深さ 400
Å) 、AlGaAs/GaAs界面のGaAs層側に2
次元電子ガス層83(5000Ω/□), 84(1200Ω/□)が
夫々形成される。2次元電子ガス層84は2次元電子ガス
層83よりキャリア濃度は小さい。さらにSiN膜67に覆
われている部分にはより抵抗が低い( 250Ω/□)導電
層82が形成される。
Next, the formation region of the D-type modulation doped FET is covered with a resist 70, and the SiN film 63 exposed in the E-type modulation doped FET formation region is removed by etching with 20 Å with buffer hydrofluoric acid (FIG. 38 (b)). ). Then, after removing the resist 70 and performing a heat treatment at 880 ° C. for 5 seconds, as shown in FIG. 38 (c), the diffusion of Si atoms is most suppressed in the portion where the SiN film 63 is partially removed (diffusion depth). 200Å) AlGaAs diffusion doping layer 80 is formed. In addition, D-type modulation-doped FE
A portion of the T formation region not covered with the SiN film 67 has a diffusion depth slightly deeper than that of the diffusion doping layer 80.
An As diffusion doping layer 81 is formed (diffusion depth 400
Å), 2 on the GaAs layer side of the AlGaAs / GaAs interface
The three-dimensional electron gas layers 83 (5000Ω / □) and 84 (1200Ω / □) are formed, respectively. The two-dimensional electron gas layer 84 has a smaller carrier concentration than the two-dimensional electron gas layer 83. Further, a conductive layer 82 having a lower resistance (250Ω / □) is formed in the portion covered with the SiN film 67.

【0166】その後、各導電層及び各素子の境界部以外
の拡散源64及びSiN膜67を除去し、ゲート電極Gを導
電層80, 81上に形成し、オーミック電極Oを導電層82上
に形成する。そうするとゲートバイアス0V時に電流が
流れるD型変調ドープFETと、0V時には電流が流れ
ないE型変調ドープFETとが同時的に形成される(図
38(d))。
Thereafter, the diffusion source 64 and the SiN film 67 other than the boundary between the conductive layers and the elements are removed, the gate electrode G is formed on the conductive layers 80 and 81, and the ohmic electrode O is formed on the conductive layer 82. Form. Then, a D-type modulation doped FET in which current flows when the gate bias is 0 V and an E-type modulation doped FET in which current does not flow when 0 V are formed simultaneously (Fig.
38 (d)).

【0167】なお上述の実施例ではヘテロ接合層として
AlGaAs/GaAsを使用しているが、 III−V族
化合物半導体である広禁止帯半導体層及び狭禁止帯半導
体層からなる他のヘテロ接合層を使用することも可能で
あることはいうまでもない。
Although AlGaAs / GaAs is used as the heterojunction layer in the above-described embodiments, another heterojunction layer composed of a wide bandgap semiconductor layer and a narrow bandgap semiconductor layer which are III-V group compound semiconductors is used. It goes without saying that it can also be used.

【0168】(実施例14)本発明のドーピング技術を用
いて形成したドーピング層のSiの拡散係数Dpは、D
p=0.0216 exp(−2.19eV/kT) (k:ボルツマン
定数)となる。従って、例えば 620℃程度の低温熱処理
でもその拡散係数は、1×10-14 cm2 /secとなり、この
程度の温度でも拡散が可能である。MBEまたはイオン
注入などで形成したSiドーピング層のSiの拡散係数
はこれに比べて1桁小さく、再拡散するには非常に高い
温度が必要であるので、再拡散によるデバイス特性の制
御はできなかった。本実施例14は、本発明のドーピング
層をMESFETのチャネル層またはHEMT(High E
lectron Mobility Transistor)の電子供給層に用いる際
に利用できる技術であり、これらのFETを作製した
後、電流値,しきい値電圧が所望の値よりも小さい場合
に、再度の熱処理を施すことにより、チャネル層のドー
ピングファイルを変化させ、それらの値を所望の値に変
更できる方法を示している。
(Example 14) The diffusion coefficient Dp of Si of the doping layer formed by using the doping technique of the present invention is D
p = 0.0216 exp (-2.19 eV / kT) (k: Boltzmann constant). Therefore, for example, even at a low temperature heat treatment of about 620 ° C., the diffusion coefficient is 1 × 10 −14 cm 2 / sec, and diffusion is possible even at such a temperature. The diffusion coefficient of Si in the Si-doped layer formed by MBE or ion implantation is one digit smaller than that, and very high temperature is required for re-diffusion, so that device characteristics cannot be controlled by re-diffusion. It was In Example 14, the doping layer of the present invention was used as a channel layer of a MESFET or HEMT (High E
lectron Mobility Transistor) is a technology that can be used when used in the electron supply layer, and after these FETs are manufactured, if the current value and the threshold voltage are smaller than the desired values, heat treatment is performed again. , The method of changing the doping files of the channel layer and changing their values to desired values.

【0169】(例1)図39は実施例14の例1におけるS
iドーピング層の形成過程における構造を示した断面図
である。図39に示すように、 III−V族化合物半導体で
あるGaAs基板91上にノンドープのSiOx 膜(x<
2)92、その上にV族原子拡散防止膜であるSiN膜93
をP−CVD法を用いて以下に示した成膜条件により形
成する。 SiOx 膜:SiH4 10sccm, N2 O 20sccm ;パワー
150W;成膜温度 300℃ SiN膜:SiH4 15sccm, NH3 200sccm ;パワー 2
50W;成膜温度 300℃ そして、ランプ加熱にて第1の熱処理を 880℃,5秒で
行い、Siを拡散させてGaAs基板91にドーピング層
91a を形成する。このSi拡散は、前述したように、熱
処理によりGaAs基板91中に形成されたGaの空孔に
Siが取り込まれることによって行われる。
(Example 1) FIG. 39 shows S in Example 1 of Example 14.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a structure in the process of forming an i-doping layer. As shown in FIG. 39, on a GaAs substrate 91 which is a III-V group compound semiconductor, a non-doped SiO x film (x <
2) 92, and a SiN film 93 which is a group V atom diffusion prevention film on it
Is formed by the P-CVD method under the following film forming conditions. SiO x film: SiH 4 10sccm, N 2 O 20sccm; power
150W; film forming temperature 300 ° C. SiN film: SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm; power 2
50 W; film formation temperature 300 ° C. Then, the first heat treatment by lamp heating is performed at 880 ° C. for 5 seconds to diffuse Si and dope the GaAs substrate 91 with a doping layer.
Forming 91a. As described above, the Si diffusion is performed by incorporating Si into the Ga holes formed in the GaAs substrate 91 by the heat treatment.

【0170】次に、SiOx 膜92及びSiN膜93を除去
し、第2の熱処理を行う。通常、 III−V族化合物半導
体基板に結晶成長またはイオン注入法で形成したドーピ
ング層の拡散係数は 850℃の熱処理で1×10-15 〜2×
10-14 cm2 /secであり、ドーピング層を熱処理により拡
散させるには、このような高温状態で長時間の熱処理が
必要となる。しかしながら、 III−V族化合物半導体上
に例えば、GaAs基板上に前記ノンドープSiOx
とSiN膜とを連続堆積し、熱処理を施しSiを拡散さ
せて形成したドーピング層は、 III族サイトを占めるS
i(SiGa)とGa空孔(VGa)が最近接位置でクーロ
ン力のはたらきで対をなして拡散するため、この(Si
Ga−VGa)対の拡散係数Dpは、前記Si単独での拡散
係数より大きく、上述したような数値となり、この程度
の温度でも拡散が可能である。
Next, the SiO x film 92 and the SiN film 93 are removed and a second heat treatment is performed. Generally, the diffusion coefficient of a doping layer formed on a III-V compound semiconductor substrate by crystal growth or ion implantation is 1 × 10 −15 to 2 × by heat treatment at 850 ° C.
It is 10 −14 cm 2 / sec, and heat treatment at such a high temperature for a long time is required to diffuse the doped layer by heat treatment. However, the doping layer formed by continuously depositing the non-doped SiO x film and the SiN film on the III-V group compound semiconductor, for example, on the GaAs substrate, and performing the heat treatment to diffuse Si is a group S site occupying the group III site.
Since i (Si Ga ) and Ga vacancy (V Ga ) form a pair and diffuse at the closest position by the action of Coulomb force, this (Si
The diffusion coefficient Dp of the Ga- V Ga ) pair is larger than the diffusion coefficient of Si alone and has the above-mentioned numerical value, and diffusion is possible even at such a temperature.

【0171】図40は、第1の熱処理を行った場合と、そ
れに加えて第2の熱処理を行った場合とのドーピング層
91a の深さとキャリア濃度との関係を示したグラフであ
る。縦軸はキャリア濃度、横軸はドーピング層の深さを
表している。第2の熱処理は、 600℃で30秒, 700℃で
30秒の2通りの条件で行った。図40から明らかなよう
に、第1の熱処理後と比較して、第2の熱処理後ではキ
ャリア濃度は僅かに減少し、ドーピング層は厚くなって
おり、第2の熱処理によりSiがさらに深くまで拡散さ
れたことが判る。また、第2の熱処理条件の違いによ
り、Siの拡散程度が異なることから、熱処理条件によ
りドーピング層91a の深さを制御できることが判る。
FIG. 40 shows a doping layer when the first heat treatment is performed and when the second heat treatment is additionally performed.
9 is a graph showing the relationship between the depth of 91a and carrier concentration. The vertical axis represents the carrier concentration and the horizontal axis represents the depth of the doping layer. The second heat treatment is 600 ℃ for 30 seconds, 700 ℃
It was performed under two conditions of 30 seconds. As is clear from FIG. 40, the carrier concentration is slightly decreased after the second heat treatment and the doping layer is thicker than that after the first heat treatment, and the Si is further deepened by the second heat treatment. You can see that it has been diffused. Further, since the degree of diffusion of Si differs depending on the difference in the second heat treatment condition, it is understood that the depth of the doping layer 91a can be controlled by the heat treatment condition.

【0172】(例2)次に、本発明のSi拡散によるド
ーピング層をチャネル層として備えた本実施例14の例2
のFETについて具体的に説明する。図41は、この例2
による製造段階におけるMESFETの構造を示す模式
的断面図である。 III−V族化合物半導体であるGaA
s基板91上にノンドープのSiOx 膜(x<2)92、そ
の上にSiN膜93をプラズマCVD法を用いて上述した
条件で形成する。そして、 860℃,5秒のランプ加熱で
第1の加熱処理を行い、チャネル層となるドーピング層
91a を形成した後、SiOx 膜92及びSiN膜93を除去
する。このときドーピング層91a の厚さは 450Åで、キ
ャリア濃度は約2×1018cm-3である。次に図41(a) に示
すように、ドーピング層91a 上にWSiのゲート電極94
をゲート長が 0.5μm,ゲート幅が20μmで形成し、こ
れを挟んでNi/Si/Wのソース電極95,ドレイン電
極96を形成する。
(Example 2) Next, Example 2 of the present Example 14 provided with a doping layer by Si diffusion of the present invention as a channel layer.
The FET will be specifically described. Figure 41 shows this example 2
3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of MESFET in the manufacturing stage according to FIG. GaA which is a III-V group compound semiconductor
A non-doped SiO x film (x <2) 92 is formed on the s substrate 91, and a SiN film 93 is formed thereon using the plasma CVD method under the above-described conditions. Then, the first heat treatment is performed by lamp heating at 860 ° C. for 5 seconds, and a doping layer to be a channel layer is formed.
After forming 91a, the SiO x film 92 and the SiN film 93 are removed. At this time, the thickness of the doping layer 91a is 450Å, and the carrier concentration is about 2 × 10 18 cm -3 . Next, as shown in FIG. 41 (a), a WSi gate electrode 94 is formed on the doping layer 91a.
Is formed with a gate length of 0.5 μm and a gate width of 20 μm, and a Ni / Si / W source electrode 95 and a drain electrode 96 are formed with the gate length sandwiched.

【0173】このように形成された図41(a) に示すME
SFETを、 600℃, 45秒のランプ加熱で第2の加熱処
理を行う。この加熱処理により、ドーピング層91a 中の
Siは拡散されて、図41(b) に示すようにGaAs基板
91のさらに深い位置にドーピング層91b が形成され、ド
ーピング層(91a +91b )の厚みは厚くなる。
The ME thus formed is shown in FIG. 41 (a).
A second heat treatment is performed on the SFET by heating the lamp at 600 ° C. for 45 seconds. By this heat treatment, Si in the doped layer 91a is diffused, and the GaAs substrate is formed as shown in FIG. 41 (b).
The doping layer 91b is formed at a position deeper than 91, and the thickness of the doping layer (91a + 91b) is increased.

【0174】そして、第2の加熱処理を行う前後のME
SFETのDC特性、即ちゲート電圧0V時のドレイン
電流値Idss 及び閾値電圧−Vthを測定して比較する。
表3はこの結果を示しており、この表から明らかなよう
に、第2の熱処理を行うことにより、ドレイン電流値I
dss 及び閾値電圧Vthの値を高くすることができる。
Then, the ME before and after the second heat treatment is performed.
The DC characteristics of the SFET, that is, the drain current value Idss and the threshold voltage -Vth when the gate voltage is 0V are measured and compared.
Table 3 shows this result. As is clear from this table, the drain current value I
The values of dss and threshold voltage Vth can be increased.

【0175】[0175]

【表3】 [Table 3]

【0176】このように、製造されたMESFETのド
レイン電流値Idss 及び閾値電圧−Vthの値が所望値よ
りも低い場合は、第2の加熱処理を行うことにより、所
望値まで高めることができる。
As described above, when the drain current value Idss and the threshold voltage −Vth of the manufactured MESFET are lower than the desired values, it is possible to increase the desired values by performing the second heat treatment.

【0177】(例3)次に、ドーピング層を電子供給層
として備えた本実施例14の例3による変調ドープトラン
ジスタについて具体的に説明する。図42は、この例3に
よる製造段階途中における変調ドープトランジスタの構
造を示す模式的断面図である。図42(a) に示すように、
GaAs基板91上に厚さ8000ÅのGaAs層97、その上
に厚さ500ÅのAlGaAs層98をMBE(Molecular B
eam Epitaxy:分子線エピタキシー)法で形成し、さら
にその上にSiOx 膜92、SiN膜93をこの順に形成す
る。SiOx 膜92、SiN膜93の成膜条件は例1と同様
である。そして、 840℃, 5秒のランプ加熱で第1の加
熱処理を行い、厚さ 500ÅのAlGaAs層98の表面か
ら 400Åの深さまでの電子供給層となるドーピング層98
a を形成する。このときドーピング層98a のキャリア濃
度は約2×1018cm-3である。このとき、AlGaAs層
98及びGaAs層97の境界面に2次元電子ガス層99が形
成されている。
(Example 3) Next, the modulation-doped transistor according to Example 3 of Example 14 having a doping layer as an electron supply layer will be specifically described. FIG. 42 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the modulation-doped transistor in the middle of the manufacturing process according to Example 3. As shown in Figure 42 (a),
MBE (Molecular B
eam Epitaxy: molecular beam epitaxy), and a SiO x film 92 and a SiN film 93 are further formed thereon in this order. The conditions for forming the SiO x film 92 and the SiN film 93 are the same as in Example 1. Then, the first heat treatment is performed by lamp heating at 840 ° C. for 5 seconds, and the doping layer 98 that becomes an electron supply layer from the surface of the AlGaAs layer 98 having a thickness of 500 Å to a depth of 400 Å
form a. At this time, the carrier concentration of the doping layer 98a is about 2 × 10 18 cm -3 . At this time, the AlGaAs layer
A two-dimensional electron gas layer 99 is formed on the boundary surface between the 98 and the GaAs layer 97.

【0178】SiOx 膜92、SiN膜93を除去し、第2
の熱処理を 600℃, 30秒で行う。この加熱処理により、
ドーピング層98a 中のSiは拡散されて、図42(b) に示
すようにAlGaAs層98のさらに深い位置にドーピン
グ層98b が形成され、ドーピング層(98a +98b )の厚
みは厚くなる。
The SiO x film 92 and the SiN film 93 are removed and the second
Heat treatment at 600 ℃ for 30 seconds. By this heat treatment,
Si in the doping layer 98a is diffused to form a doping layer 98b at a deeper position of the AlGaAs layer 98 as shown in FIG. 42 (b), and the doping layer (98a + 98b) becomes thicker.

【0179】このように形成された変調ドープトランジ
スタの2次元電子ガス層99中のホール測定を、第2加熱
処理の前後で行い比較した。表4はこの結果を示してお
り、この表から明らかなように、第2の熱処理を行うこ
とにより、シートキャリア濃度(cm-2)は増加し、ホー
ル移動度(cm2/Vs) は減少している。これは、第2の熱
処理によりドーピング層(98a +98b )の厚みが厚くな
ったためであると考えられる。
The holes in the two-dimensional electron gas layer 99 of the modulation-doped transistor thus formed were measured before and after the second heat treatment for comparison. Table 4 shows these results. As is clear from this table, the second carrier heat treatment increases the sheet carrier concentration (cm -2 ) and decreases the hole mobility (cm 2 / Vs). is doing. It is considered that this is because the thickness of the doping layer (98a + 98b) was increased by the second heat treatment.

【0180】[0180]

【表4】 [Table 4]

【0181】このように2次元電子ガス層99を用いた変
調ドープトランジスタにおいても、ドレイン電流値Ids
s 及び閾値電圧−Vthの値が所望値よりも低い場合は、
第2の加熱処理を行ってドーピング層98a の厚みを増加
させ、所望値まで高めることができる。
Thus, also in the modulation doped transistor using the two-dimensional electron gas layer 99, the drain current value Ids
If the values of s and threshold voltage −Vth are lower than desired values,
A second heat treatment can be performed to increase the thickness of the doping layer 98a to a desired value.

【0182】(実施例15)本実施例15は、本発明のドー
ピング技術を用いた2次元電子ガス領域及び量子細線の
基本的な作製例を示すものである。
(Embodiment 15) This embodiment 15 shows a basic production example of a two-dimensional electron gas region and a quantum wire using the doping technique of the present invention.

【0183】図43は実施例15における電気伝導領域の作
製方法を示す説明図であり、2次元電気伝導領域を作製
する場合を示している。まず図43(a) に示す如く、ノン
ドープのi−GaAs層101aとノンドープのi−AlG
aAs層101bとを積層してヘテロ接合基板101 を形成す
る。次にこのヘテロ接合基板101 上にプラズマCVD法
によりSiOx 膜102a(100Å) とSiN膜102b(400Å)
とからなる拡散源102を形成する(図43(b))。これらの
成膜条件は以下の通りである。 SiOx 膜:SiH4 5sccm, N2 O 25sccm;パワー
150W;成膜温度 300℃;膜厚 100Å SiN膜 :SiH4 15sccm, NH3 200sccm;パワー
250W 成膜温度 300℃;膜厚 400Å
FIG. 43 is an explanatory view showing a method for producing an electrically conductive region in Example 15, and shows a case of producing a two-dimensional electrically conductive region. First, as shown in FIG. 43 (a), a non-doped i-GaAs layer 101a and a non-doped i-AlG layer are formed.
The hetero junction substrate 101 is formed by laminating the aAs layer 101b. Next, a SiO x film 102a (100 Å) and a SiN film 102b (400 Å) are formed on the heterojunction substrate 101 by plasma CVD.
To form a diffusion source 102 (FIG. 43 (b)). These film forming conditions are as follows. SiO x film: SiH 4 5sccm, N 2 O 25sccm; power
150W; film forming temperature 300 ℃; film thickness 100Å SiN film: SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm; power
250W Film formation temperature 300 ℃; Film thickness 400Å

【0184】そして図43(c) に示す如く、所望の領域以
外のSiN膜102bをプラズマエッチングにより除去す
る。このエッチングは、SiOx 膜102aとSiN膜102b
との選択比が大きいCF4 (17cc)+O2 (3cc) の混合ガ
スを用い、Power 250Wで行う。その後短時間熱処
理を施すとSiN膜102b下方のみのi−AlGaAs層
101bのGaとSiOx 膜102aのSiとが置換して、図43
(d) に示す如く、SiN膜102b下方のみのi−AlGa
As層101bにSiが拡散され、この部分にn−AlGa
As層103 が形成される。このn−AlGaAs層103
における電子濃度分布は拡散フロントにおいて急峻であ
るため、変調ドープ構造が形成され、良好な2次元電気
伝導領域104 を得ることができる。
Then, as shown in FIG. 43 (c), the SiN film 102b other than the desired region is removed by plasma etching. This etching is performed on the SiO x film 102a and the SiN film 102b.
And a power of 250 W using a mixed gas of CF 4 (17cc) + O 2 (3cc) having a large selection ratio of After that, if heat treatment is performed for a short time, the i-AlGaAs layer only under the SiN film 102b is formed.
The Ga of 101b and the Si of the SiO x film 102a are replaced, and
As shown in (d), i-AlGa only under the SiN film 102b is formed.
Si is diffused in the As layer 101b, and n-AlGa is diffused in this portion.
As layer 103 is formed. This n-AlGaAs layer 103
Since the electron concentration distribution at is steep at the diffusion front, a modulation-doped structure is formed and a good two-dimensional electric conduction region 104 can be obtained.

【0185】このようにして得られた2次元電気伝導領
域と、絶縁性基板の全面に導電層を結晶成長させる従来
方法により得られた2次元電気伝導領域とにおけるキャ
リア移動度及びシートキャリア濃度を表5に示す。
The carrier mobility and the sheet carrier concentration in the two-dimensional electric conduction region thus obtained and in the two-dimensional electric conduction region obtained by the conventional method in which the conductive layer is crystal-grown on the entire surface of the insulating substrate are measured. It shows in Table 5.

【0186】[0186]

【表5】 [Table 5]

【0187】表5に示す如く実施例15により得られた2
次元電気伝導領域は、現在広く用いられているウェハ全
面に形成される2次元電気伝導領域とキャリア移動度及
びシートキャリア濃度が略同等である。本実施例15によ
れば、所望する位置に2次元電気伝導領域を形成するた
めに導電層にエッチング等の処理を実施する必要がな
く、欠陥を生じることがほとんどない。このため得られ
た2次元電気伝導領域は非常に優れた特性を有する。
2 obtained according to Example 15 as shown in Table 5
The two-dimensional electric conduction region has substantially the same carrier mobility and sheet carrier concentration as the two-dimensional electric conduction region formed on the entire surface of the wafer which is widely used at present. According to the fifteenth embodiment, it is not necessary to perform a treatment such as etching on the conductive layer in order to form the two-dimensional electrically conductive region at a desired position, and defects are hardly generated. Therefore, the obtained two-dimensional electric conduction region has very excellent characteristics.

【0188】図44は図43(c) に示すSiN膜102bのエッ
チング工程において、パターンの精度限界までSiN膜
102bの幅を縮小し、細線状として1次元電気伝導領域を
形成したものである。この場合も非常に優れた1次元電
気伝導領域105 を得ることができる。
FIG. 44 shows the SiN film 102b shown in FIG. 43 (c) in the step of etching the SiN film up to the accuracy limit of the pattern.
The width of 102b is reduced and a one-dimensional electric conduction region is formed as a thin line. Also in this case, a very excellent one-dimensional electric conduction region 105 can be obtained.

【0189】(実施例16)本実施例16は、本発明のドー
ピング法を用いた量子細線の作製例を示すものである。
(Example 16) This example 16 shows an example of producing a quantum wire using the doping method of the present invention.

【0190】(例1)図45〜図48は、実施例16の例1の
量子細線の形成段階における III−V族化合物半導体基
板の模式的断面図である。図45に示すように、半絶縁性
基板111 上に略1μmのGaAs層112,50ÅのアンドープA
lGaAs層113, 100ÅのN型AlGaAs層114,アン
ドープAlGaAs層115 をこの順に積層し、変調ドー
ピング構造の III−V族化合物半導体基板Lを形成す
る。そして、SiH4 及びNH3を用いてプラズマCV
D法により、AlGaAs層115 上に略 200ÅのSiN
層を堆積し、ドライエッチングを行って、量子細線を形
成すべき領域に対応するAlGaAs層115 上に、Si
拡散防止層であるSiN層116 を形成して段差を設け
る。
(Example 1) FIGS. 45 to 48 are schematic sectional views of a III-V compound semiconductor substrate at the stage of forming quantum wires of Example 1 of Example 16. As shown in FIG. 45, a GaAs layer 112 of approximately 1 μm and undoped A of 50 Å are formed on a semi-insulating substrate 111.
The lGaAs layer 113, the 100-liter N-type AlGaAs layer 114, and the undoped AlGaAs layer 115 are laminated in this order to form a III-V group compound semiconductor substrate L having a modulation doping structure. Then, plasma CV is performed using SiH 4 and NH 3.
By the D method, approximately 200 Å of SiN is formed on the AlGaAs layer 115.
A layer is deposited and dry etching is performed to form Si on the AlGaAs layer 115 corresponding to the region where the quantum wire is to be formed.
A step is provided by forming a SiN layer 116 which is a diffusion prevention layer.

【0191】次に、P−CVD法により5sccmのSiH
4 ,30sccmのN2 O,成膜温度 300℃で、図46に示すよ
うに、50ÅのSiOx 膜117 (x<2)を、段差を設けた
AlGaAs層115 及びSiN層116 上に形成する。そ
してプラズマCVD法により15sccmのSiH4 ,200scc
m のNH3 ,成膜温度 300℃で、前記V族原子拡散防止
膜である 100ÅのSiN膜118 を、SiOx 膜117 の上
に形成する。
Then, 5 sccm of SiH is formed by P-CVD method.
As shown in FIG. 46, an SiO x film 117 (x <2) of 50 Å is formed on the stepped AlGaAs layer 115 and SiN layer 116 at a film-forming temperature of 300 ° C. and N 2 O of 4 , 30 sccm. . Then, by plasma CVD method, 15 sccm of SiH 4 , 200 scc
A 100 Å SiN film 118, which is the group V atom diffusion preventing film, is formed on the SiO x film 117 at m 3 NH 3 and a film forming temperature of 300 ° C.

【0192】そして、図47に示すように、SiN層116
の側壁に形成されたSiOx 膜117及びSiN膜118 を
残存させ、これ以外のSiOx 膜117 及びSiN膜118
を除去する。この側壁に形成されたSiN膜118 /Si
x 膜117 が、AlGaAs層115 にSiを拡散させる
拡散源であり、AlGaAs層115 との接触面の幅は15
0Åである。この接触面の幅は、SiN層116 の側壁に
形成するSiN膜118の厚さにより制御され、高精度に
細く形成できる。
Then, as shown in FIG. 47, the SiN layer 116 is
The SiO x film 117 and the SiN film 118 formed on the side walls of the SiO 2 film 117 remain and the other SiO x film 117 and the SiN film 118 remain.
To remove. SiN film 118 / Si formed on this side wall
The O x film 117 is a diffusion source for diffusing Si into the AlGaAs layer 115, and the width of the contact surface with the AlGaAs layer 115 is 15
It is 0Å. The width of this contact surface is controlled by the thickness of the SiN film 118 formed on the side wall of the SiN layer 116, and can be formed with high precision and thinness.

【0193】次に、この基板に熱処理を行う。この熱処
理により、AlGaAs層115 中のIII族原子であるA
lが外部拡散し、AlGaAs層115 中に空孔が生成さ
れる。この空孔にSiOx 膜117 のIV族原子であるSi
が拡散される。AlGaAs層115 中のV族原子である
Asの拡散は、SiN膜118 により抑制される。このよう
にしてSiを拡散させる場合には、基板に結晶欠陥は生
じない。
Next, heat treatment is applied to this substrate. As a result of this heat treatment, the group III atom A in the AlGaAs layer 115
l diffuses out, and vacancies are generated in the AlGaAs layer 115. Si is a group IV atom of the SiO x film 117
Is spread. It is a group V atom in the AlGaAs layer 115.
The diffusion of As is suppressed by the SiN film 118. When Si is diffused in this way, crystal defects do not occur in the substrate.

【0194】880 ℃,5sec の熱処理により、図48に示
すように、SiN膜118 /SiOx膜117 の拡散層直下
のAlGaAs層115 の 150Åに、略1×1018cm-3のS
i原子が略 200Åの深さまで拡散され、拡散部119 が形
成される。これにより、ここに線密度略106 cm-1のキャ
リアが発生し、チャネル幅 150Åの量子細線120 が形成
される。
By heat treatment at 880 ° C. for 5 seconds, as shown in FIG. 48, 150 Å of the AlGaAs layer 115 just below the diffusion layer of the SiN film 118 / SiO x film 117, an S of about 1 × 10 18 cm -3 was added.
The i atom is diffused to a depth of about 200Å to form a diffusion portion 119. As a result, carriers having a linear density of about 10 6 cm -1 are generated here, and the quantum wire 120 having a channel width of 150 Å is formed.

【0195】このように形成された量子細線は、結晶欠
陥を生じることなく、また、SiN膜118 の厚さの制御
により、そのチャネル幅を高精度に細く形成できる。
The quantum wire thus formed can be formed with a high precision channel width without causing crystal defects and by controlling the thickness of the SiN film 118.

【0196】(例2)図49〜図52は、実施例16の例2の
量子細線の形成段階における III−V族化合物半導体基
板の模式的断面図である。図49に示すように、変調ドー
ピング構造のIII−V族化合物半導体基板LのAlGa
As層115 が段差を有した形状であること以外は、例1
の化合物半導体基板と同様の構造であり、同符号を付し
て説明を省略する。 III−V族化合物半導体基板L上に
SiH4 及びNH3 を用いてプラズマCVD法により、
Si拡散防止層である略 200ÅのSiN層116 を堆積す
る。
Example 2 FIGS. 49 to 52 are schematic cross-sectional views of III-V compound semiconductor substrates at the stage of forming quantum wires of Example 2 of Example 16. As shown in FIG. 49, the AlGa of the III-V group compound semiconductor substrate L of the modulation doping structure is formed.
Example 1 except that the As layer 115 has a stepped shape
The structure is similar to that of the compound semiconductor substrate, and the same reference numerals are given and description thereof is omitted. By plasma CVD using SiH 4 and NH 3 on the III-V compound semiconductor substrate L,
A SiN layer 116 of approximately 200 Å which is a Si diffusion preventing layer is deposited.

【0197】図50に示すように、ドライエッチングを行
って、AlGaAs層115 が有する段差の側壁に形成さ
れたSiN層116 を残存させる。そして、図51, 図52に
示すように、例1と同様にして、50ÅのSiOx 膜117
(x<2)及びV族原子拡散防止膜である 100ÅのSiN
膜118 を例1と同条件にて形成する。そして、880 ℃,
5sec の熱処理により、AlGaAs層115 に拡散部11
9 が形成され、チャネル幅 150Åの量子細線120 が形成
される。
As shown in FIG. 50, dry etching is performed to leave the SiN layer 116 formed on the side wall of the step of the AlGaAs layer 115. Then, as shown in FIGS. 51 and 52, in the same manner as in Example 1, a 50 Å SiO x film 117 is formed.
(X <2) and 100Å SiN which is a group V atom diffusion prevention film
The film 118 is formed under the same conditions as in Example 1. And 880 ℃,
After the heat treatment for 5 seconds, the AlGaAs layer 115 is diffused into the diffusion layer 11
9 is formed, and a quantum wire 120 having a channel width of 150Å is formed.

【0198】このように、段差を有する化合物半導体基
板に形成された量子細線は、上述したように、結晶欠陥
を生じることなく、また、SiN膜118 の厚さの制御に
より、そのチャネル幅を高精度に細く形成できる。
As described above, the quantum wire formed on the compound semiconductor substrate having a step has a high channel width without causing crystal defects and by controlling the thickness of the SiN film 118. It can be formed with precision.

【0199】(例3)図53は本実施例16の例3により量
子細線を形成した化合物半導体基板の模式的平面図であ
る。AlGaAs層115 上に、円板状のSi拡散防止層
であるSiN層116 を形成して段差を設け、その段差の
側壁にSiOx 膜(x<2)及びV族原子拡散防止膜で
あるSiN膜を形成して熱処理することにより、図53に
示すように拡散部119 が形成される。こうして、SiN
層116 を円板状に堆積させることにより、リング状の量
子細線を形成することができる。このようにSiN層11
6 の側壁に沿って拡散部119 が形成されるので、量子細
線を適宜な形状で形成できる。
Example 3 FIG. 53 is a schematic plan view of a compound semiconductor substrate having quantum wires formed therein according to Example 3 of Example 16. A disc-shaped SiN layer 116, which is a disk-shaped Si diffusion prevention layer, is formed on the AlGaAs layer 115 to form a step, and a SiO x film (x <2) and a group V atom diffusion prevention film SiN are formed on the sidewalls of the step. By forming a film and heat-treating it, a diffusion part 119 is formed as shown in FIG. Thus, SiN
A ring-shaped quantum wire can be formed by depositing the layer 116 in a disk shape. Thus, the SiN layer 11
Since the diffusion portion 119 is formed along the side wall of 6, the quantum wire can be formed in an appropriate shape.

【0200】(実施例17)本実施例17も、前述の実施例
16と同様に、本発明のドーピング法を用いた量子細線の
作製例を示すものである。
(Embodiment 17) This embodiment 17 is also the same as the above embodiment.
Similarly to 16, it shows an example of manufacturing a quantum wire using the doping method of the present invention.

【0201】(例1)図54〜図57は、実施例17の例1の
量子細線の形成段階を示す基板の模式的断面図である。
図54に示すように、 III−V族化合物半導体であるGa
As層121 とAlGaAs層122 とがヘテロ接合して基
板を形成している。図55に示すように、GaAs層121
及びAlGaAs層122 上に、 100ÅのSiOx (x<
2)膜123 を、プラズマCVDによりSiH4 5sccm,
2 O25sccm, 成膜温度 300℃で堆積し、その上に、V
族原子拡散防止膜である 400ÅのSiN膜124 を、プラ
ズマCVDによりSiH4 15sccm, NH3 200sccm,成膜
温度 300℃で堆積する。
(Example 1) FIGS. 54 to 57 are schematic cross-sectional views of a substrate showing a step of forming quantum wires in Example 1 of Example 17.
As shown in FIG. 54, Ga that is a III-V compound semiconductor
The As layer 121 and the AlGaAs layer 122 are heterojunctioned to form a substrate. As shown in FIG. 55, the GaAs layer 121
And 100 Å SiO x (x <
2) The film 123 was formed by plasma CVD using SiH 4 5sccm,
N 2 O 25sccm, deposited at a film forming temperature of 300 ° C., on which V
A 400Å SiN film 124, which is a group atom diffusion preventing film, is deposited by plasma CVD at SiH 4 15sccm, NH 3 200sccm, and a film forming temperature of 300 ° C.

【0202】次に 880℃,5sec で加熱処理を行い、図
56に示すように、AlGaAs層122 には深さ 800Åの
拡散部aが、GaAs層121 には深さ 600Åの拡散部b
が形成される。前述したように、GaAs層121 及びA
lGaAs層122 には、Siの拡散深さに差を生じてい
る。そして、図57に示されるように、拡散部bの深さ分
のGaAs層121 及びAlGaAs層122 、並びにSi
N膜124 ,SiOx 膜123 をドライエッチングにより除
去する。これによりAlGaAs層122 には、200Åの
深さまでSiが拡散された拡散部Aが形成され、GaA
s層121 のAlGaAs層122 との接合面で拡散部A近
傍に1次元電子ガスが形成され、チャネル幅 200Åの量
子細線130 となる。このようにして、結晶欠陥を生じさ
せずに、チャネル幅を精度良く細い量子細線を形成でき
る。
Next, heat treatment is performed at 880 ° C. for 5 seconds.
As shown in 56, the AlGaAs layer 122 has a diffusion portion a with a depth of 800 Å, and the GaAs layer 121 has a diffusion portion b with a depth of 600 Å.
Is formed. As described above, the GaAs layers 121 and A
In the lGaAs layer 122, there is a difference in the diffusion depth of Si. Then, as shown in FIG. 57, the GaAs layer 121 and the AlGaAs layer 122 corresponding to the depth of the diffusion portion b, and the Si
The N film 124 and the SiO x film 123 are removed by dry etching. As a result, a diffusion portion A in which Si is diffused to a depth of 200 Å is formed in the AlGaAs layer 122.
A one-dimensional electron gas is formed in the vicinity of the diffusion portion A at the interface between the s layer 121 and the AlGaAs layer 122, and becomes a quantum wire 130 having a channel width of 200Å. In this way, a thin quantum wire with a precise channel width can be formed without causing crystal defects.

【0203】(例2)図58〜図61は、実施例17の例2の
量子細線の形成段階を示す基板の模式的断面図である。
図58に示すように、 III−V族化合物半導体である段差
を有するGaAs層121 上にAlGaAs層122 が、そ
の接合面を段差方向に垂直にヘテロ接合している。図59
に示すように、GaAs層121 及びAlGaAs層122
表面に100ÅのSiOx (x<2)膜123 を、P−CV
D法によりSiH4 5sccm, N 2 O 25sccm,成膜温度 3
00℃で堆積し、その上に、V族原子拡散防止膜である 4
00ÅのSiN膜124 を、プラズマCVによりSiH4 15
sccm, NH3 200sccm,成膜温度 300℃で堆積する。
Example 2 FIGS. 58 to 61 show Example 2 of Example 17.
It is a typical sectional view of a substrate showing a formation step of a quantum wire.
As shown in FIG. 58, a step formed of a III-V group compound semiconductor
The AlGaAs layer 122 is formed on the GaAs layer 121 having
The junction surface of is heterojunction perpendicular to the step direction. Fig. 59
As shown in FIG.
100Å SiO on the surfacex(X <2) film 123, P-CV
SiH by D methodFour5sccm, N 2O 25sccm, film forming temperature 3
Deposited at 00 ° C, and on top of it is a group V atom diffusion preventive film 4
The SiN film 124 of 00Å is SiH by plasma CV.Four15
sccm, NH3Deposition is performed at 200 sccm and a film forming temperature of 300 ° C.

【0204】図60に示すように、段差の側壁に形成され
たSiOx 膜123 及びSiN膜124を残存させるよう
に、この領域以外のSiOx 膜123 及びSiN膜124 を
ドライエッチングにより除去する。そして 880℃,5se
c で加熱処理を行って、AlGaAs層122 には深さ 8
00Åの拡散部a、GaAs層121 には深さ 600Åの拡散
部bを形成する。
[0204] As shown in FIG. 60, as to leave the SiO x film 123 and the SiN film 124 formed on the side wall of the step, the SiO x film 123 and the SiN film 124 other than the region is removed by dry etching. And 880 ℃, 5se
The AlGaAs layer 122 is heated to a depth of 8
A diffusion portion a of 00Å and a diffusion portion b having a depth of 600Å are formed in the GaAs layer 121.

【0205】そして、図61に示すように、拡散部bの深
さ分のGaAs層121 及びAlGaAs層122 、並びに
SiN膜124 ,SiOx 膜123 をドライエッチングによ
り除去する。これによりAlGaAs層122 には、拡散
方向に 200ÅまでSiが拡散された拡散部Aが形成さ
れ、GaAs層121 のAlGaAs層122 との接合面で
拡散部A近傍に1次元電子ガスが形成され、チャネル幅
200Åの量子細線130 となる。このようにして、結晶欠
陥を生じさせずに、チャネル幅が精度良く細い量子細線
を形成できる。
Then, as shown in FIG. 61, the GaAs layer 121, the AlGaAs layer 122, the SiN film 124, and the SiO x film 123, which correspond to the depth of the diffusion portion b, are removed by dry etching. As a result, a diffusion portion A in which Si is diffused up to 200 Å in the diffusion direction is formed in the AlGaAs layer 122, and a one-dimensional electron gas is formed in the vicinity of the diffusion portion A at the bonding surface of the GaAs layer 121 with the AlGaAs layer 122. Channel width
It becomes a quantum wire 130 of 200 Å. In this way, a thin quantum wire with a precise channel width can be formed without causing crystal defects.

【0206】(例3)図62, 図63は、実施例17の例3の
量子細線の形成段階を示す基板の模式的断面図である。
図62に示すように、 III−V族化合物半導体である段差
を有するGaAs層121 上にAlGaAs層122 が、そ
の接合面を段差方向に垂直にヘテロ接合している。この
接合面に平行なGaAs層121 及びAlGaAs層122
上に、ECR─CVD法にてSiN層125, 125を堆積す
る。そして、その表面に 100ÅのSiOx (x<2)膜
123 を、P−CVD法によりSiH4 5sccm, N2 O25
sccm, 成膜温度 300℃で堆積し、その上に、V族原子拡
散防止膜である 400ÅのSiN膜124 を、P−CVD法
によりSiH4 15sccm, NH3 200sccm,成膜温度300℃
で堆積する。そして 880℃,5sec で加熱処理を行っ
て、AlGaAs層122 には深さ 800Åの拡散部aが、
GaAs層121 には深さ 600Åの拡散部bを形成する。
(Example 3) FIGS. 62 and 63 are schematic sectional views of a substrate showing a step of forming quantum wires in Example 3 of Example 17.
As shown in FIG. 62, an AlGaAs layer 122 is formed on a stepped GaAs layer 121, which is a III-V group compound semiconductor, and its junction surface is heterojunction perpendicular to the step direction. The GaAs layer 121 and the AlGaAs layer 122 which are parallel to this junction surface
On top, SiN layers 125 and 125 are deposited by the ECR-CVD method. And a 100 Å SiO x (x <2) film on the surface
123, SiH 4 5sccm, N 2 O 25 by P-CVD method
The film is deposited at a sccm film forming temperature of 300 ° C., and a 400 Å SiN film 124, which is a group V atom diffusion preventing film, is deposited thereon by a P-CVD method, SiH 4 15 sccm, NH 3 200 sccm, film forming temperature 300 ° C.
Is deposited at. Then, heat treatment is performed at 880 ° C. for 5 seconds to form a diffusion portion a having a depth of 800 Å in the AlGaAs layer 122.
A diffusion portion b having a depth of 600Å is formed in the GaAs layer 121.

【0207】そして、図63に示すように、拡散部bの深
さ分のGaAs層121 及びAlGaAs層122 、並びに
SiN層125, 125,SiN膜124 ,SiOx 膜123 をド
ライエッチングにより除去する。これによりAlGaA
s層122 には、 200Åの深さまでSiが拡散された拡散
部Aが形成され、GaAs層121 のAlGaAs層122
との接合面で拡散部A近傍に1次元電子ガスが形成さ
れ、チャネル幅 200Åの量子細線130 となる。このよう
にして、結晶欠陥を生じさせずに、チャネル幅が精度良
く細い量子細線を形成できる。
Then, as shown in FIG. 63, the GaAs layer 121, the AlGaAs layer 122, the SiN layers 125, 125, the SiN film 124, and the SiO x film 123 corresponding to the depth of the diffusion portion b are removed by dry etching. This allows AlGaA
In the s layer 122, a diffusion portion A in which Si is diffused to a depth of 200Å is formed, and the AlGaAs layer 122 of the GaAs layer 121 is formed.
A one-dimensional electron gas is formed in the vicinity of the diffusion part A at the junction surface with and becomes a quantum wire 130 with a channel width of 200Å. In this way, a thin quantum wire with a precise channel width can be formed without causing crystal defects.

【0208】異種類の III−V族化合物半導体上に形成
されるSiOx 膜, V族原子拡散防止膜の膜質, 膜厚そ
して加熱温度により、夫々の拡散部の深さの差は変化す
る。これらの条件を変化させることにより、量子細線の
チャネル幅を制御することができる。
The difference between the depths of the diffusion portions changes depending on the film quality, the film thickness and the heating temperature of the SiO x film and the group V atom diffusion preventing film formed on different kinds of III-V group compound semiconductors. The channel width of the quantum wire can be controlled by changing these conditions.

【0209】(実施例18)本実施例18は、本発明のドー
ピング技術を用いた量子細線及び量子箱の作製方法を示
すが、この作製方法ではパターンサイズが大きくても20
0 Å以下のサイズに電子を閉じ込めることができる。
(Embodiment 18) This embodiment 18 shows a method of manufacturing a quantum wire and a quantum box using the doping technique of the present invention. Even if the pattern size is large in this manufacturing method, 20
Electrons can be confined to sizes below 0 Å.

【0210】図64は、実施例18により得られる量子細線
(または量子箱)を示す断面図である。GaAs基板13
1 上に、狭禁止帯半導体層であるGaAs層132 と、広
禁止帯半導体層であるAlGaAs層133 とが積層され
ており、AlGaAs層133の表面は鋸歯状に加工され
ている。その上にSiOx 膜140 及びV族原子拡散防止
膜であるSiN膜141 をこの順に形成して熱処理を行う
ことにより、AlGaAs層133 表面にドーピング層13
6 が形成されている。鋸歯状の凹部に形成されたドーピ
ング層136 は狭禁止帯半導体層/広禁止帯半導体層界面
に近いため、この位置における狭禁止帯半導体層(Ga
As層132 )には電子が溜まり易く、他の部分では前記
界面との距離が遠いため電子が溜まりにくく、この結
果、電子が溜まる領域は極めて狭く限定され、極めて幅
が狭いチャネル層である量子細線137 (または量子箱14
2 )を得ることができる。
FIG. 64 is a sectional view showing a quantum wire (or quantum box) obtained in the eighteenth embodiment. GaAs substrate 13
A GaAs layer 132, which is a narrow bandgap semiconductor layer, and an AlGaAs layer 133, which is a wide bandgap semiconductor layer, are stacked on top of each other, and the surface of the AlGaAs layer 133 is processed into a sawtooth shape. A SiO x film 140 and a SiN film 141, which is a group V atom diffusion preventing film, are formed in this order and heat-treated to form a doping layer 13 on the surface of the AlGaAs layer 133.
6 are formed. Since the doping layer 136 formed in the sawtooth-shaped recess is close to the narrow bandgap semiconductor layer / wide bandgap semiconductor layer interface, the narrow bandgap semiconductor layer (Ga) at this position is formed.
Electrons are easily accumulated in the As layer 132), and electrons are less likely to be accumulated in other portions because the distance from the interface is long, and as a result, the region where electrons are accumulated is limited to a very small width, and the quantum layer is a channel layer having an extremely narrow width. Wire 137 (or quantum box 14)
2) You can get

【0211】図65は、実施例18における量子細線の形成
方法を示す説明図である。まず半絶縁性のGaAs基板
(100)131 上に、狭禁止帯半導体層であるGaAs
層132 (膜厚8000Å)及び広禁止帯半導体層であるAl
GaAs層133 (膜厚2000Å)を積層したAlGaAs
/GaAs基板を形成する。その上にフォトレジスト13
4 をストライプ状にパターニングし、ブロメタノール
(Br2 =1重量%)を使用してAlGaAs層133 を
鋸歯状にエッチング形成する。このときエッチャントと
してブロメタノールを使用していることにより、(11
1)面が表出するエッチングレートの面方位依存性を利
用することが可能であり、フォトレジスト134 が存在し
ない部分はV型にエッチングが行われ、結果的にAlG
aAs層133 を鋸歯状に加工することができる(図65
(a))。
FIG. 65 is an explanatory view showing the method of forming quantum wires in the eighteenth embodiment. First, on a semi-insulating GaAs substrate (100) 131, GaAs which is a narrow band gap semiconductor layer is formed.
Layer 132 (thickness 8000Å) and wide bandgap semiconductor layer Al
AlGaAs layered with a GaAs layer 133 (film thickness 2000Å)
/ GaAs substrate is formed. Photoresist on it 13
4 is patterned in a stripe shape, and bromethanol (Br 2 = 1 wt%) is used to etch the AlGaAs layer 133 in a sawtooth shape. At this time, since bromethanol is used as an etchant, (11
1) It is possible to utilize the plane orientation dependency of the etching rate at which the surface appears, and the portion where the photoresist 134 does not exist is V-shaped etched, resulting in AlG.
The aAs layer 133 can be processed into a sawtooth shape (FIG. 65).
(a)).

【0212】フォトレジスト134 を除去した後、プラズ
マCVD法により、この鋸歯状のAlGaAs層133 表
面にSiOx 膜及びV族原子拡散防止膜であるSiN膜
からなる拡散源135 を以下の条件にて形成する(図65
(b))。 SiOx 膜:SiH4 10sccm;N2 O 20sccm;RFパ
ワー 150W;成膜温度 300℃;膜厚 150Å SiN膜:SiH4 15sccm;NH3 200sccm;RFパワ
ー 250W;成膜温度 300℃;膜厚 450Å
After removing the photoresist 134, a diffusion source 135 composed of a SiO x film and a SiN film which is a group V atom diffusion preventing film is formed on the surface of the sawtooth AlGaAs layer 133 by the plasma CVD method under the following conditions. Form (Fig. 65
(b)). SiO x film: SiH 4 10sccm; N 2 O 20sccm; RF power 150W; film formation temperature 300 ° C; film thickness 150Å SiN film: SiH 4 15sccm; NH 3 200sccm; RF power 250W; film formation temperature 300 ° C; film thickness 450Å

【0213】そして 880℃,5秒間の短時間熱処理によ
りSiOx 膜のSi原子をAlGaAs層133 へ拡散さ
せて、電子濃度3×1018cm-3,拡散深さ 400Åのドーピ
ング層136 を形成する。そうするとAlGaAs層133
の鋸歯状凹部下のGaAs層132 に電子が溜まり、量子
細線137 が形成される(図65(c))。
Then, the Si atoms of the SiO x film are diffused into the AlGaAs layer 133 by a short-time heat treatment at 880 ° C. for 5 seconds to form a doping layer 136 having an electron concentration of 3 × 10 18 cm −3 and a diffusion depth of 400 Å. . Then, the AlGaAs layer 133
Electrons are accumulated in the GaAs layer 132 below the sawtooth-shaped concave portion to form the quantum wire 137 (FIG. 65 (c)).

【0214】なお、ここで拡散源135 を除去した後、ド
ーピング層136 上にショットキ電極138 を形成し(図65
(d))、この電極にバイアスをかけると、ドーピング層13
6 内において電子が溜まる領域を限定することができ、
量子細線137 を微小化することが可能である。このよう
にするとパターンサイズが大きい場合も、 200Å以下の
量子細線を精度良く、容易に形成することができる。
Here, after removing the diffusion source 135, the Schottky electrode 138 is formed on the doping layer 136 (FIG. 65).
(d)), when this electrode is biased, the doping layer 13
It is possible to limit the area where electrons are accumulated within 6,
It is possible to miniaturize the quantum wire 137. By doing so, even if the pattern size is large, it is possible to accurately and easily form a quantum thin line of 200 Å or less.

【0215】図66は、実施例18における量子細線トラン
ジスタを示す斜視図である。上述の図65(c) または図65
(d) に示す工程を経たドーピング層136 上において、ソ
ース及びドレイン領域にオーミック電極138, 138を、ゲ
ート電極としてショットキ電極139 を、量子細線137 と
交叉する方向に所定間隔を隔てて形成することにより、
量子細線トランジスタを作製することができる。また他
の半導体装置に適用することも可能である。
FIG. 66 is a perspective view showing a quantum wire transistor according to the eighteenth embodiment. Figure 65 (c) or Figure 65 above
On the doped layer 136 after the step shown in (d), ohmic electrodes 138, 138 are formed in the source and drain regions, and Schottky electrodes 139 are formed as gate electrodes at predetermined intervals in the direction crossing the quantum wires 137. Due to
A quantum wire transistor can be manufactured. Further, it can be applied to other semiconductor devices.

【0216】図67は、実施例18における量子箱の形成方
法を説明するための部分斜視図である。図65(a) に示す
方法にてAlGaAs層133 を鋸歯状に加工した後、A
lGaAs層133 表面にSiOx 膜140 を形成する。そ
して量子箱を形成する位置にのみ所定間隔を隔てたスト
ライプ状または直線状のSiN膜141 を形成し、熱処理
を行う。このときSiN膜141 が存在する領域ではSi
が拡散され、ドーピング層136 が形成されるが、SiN
膜141 が存在しない領域ではSiが拡散されない。この
ようにSiの拡散領域(ドーピング層136 )は限定され
るので、量子箱142 はドーピング層136 が存し、且つA
lGaAs層133 の鋸歯状凹部下である位置のGaAs
層132 にのみ形成される。この場合にも、非破壊的にチ
ャネル層を形成するため、量子箱142 には結晶欠陥等の
欠陥が生じることはほとんどない。
FIG. 67 is a partial perspective view for explaining the quantum box forming method according to the eighteenth embodiment. After processing the AlGaAs layer 133 into a sawtooth shape by the method shown in FIG.
A SiO x film 140 is formed on the surface of the 1GaAs layer 133. Then, a striped or linear SiN film 141 is formed at a predetermined interval only at the position where the quantum box is formed, and heat treatment is performed. At this time, in the region where the SiN film 141 exists, Si
Are diffused to form a doped layer 136, but SiN
Si is not diffused in the region where the film 141 does not exist. Since the diffusion region (doping layer 136) of Si is limited in this way, the quantum box 142 has the doping layer 136 and A
GaAs located below the sawtooth recess of the 1GaAs layer 133
Only formed on layer 132. Also in this case, since the channel layer is nondestructively formed, defects such as crystal defects are hardly generated in the quantum box 142.

【0217】(実施例19)本実施例19は、AlGaAs
/GaAs系などのヘテロ基板に対して、本発明のドー
ピング法を用いたHEMTの集積回路を作製する例を示
す。本実施例19の方法を用いれば、比較的容易にリセス
エッチングなしにディプレッション・モードとエンハン
スメント・モードとのHEMT、及びそれらを用いた集
積回路の作製が可能となる。
(Embodiment 19) This embodiment 19 uses AlGaAs.
An example of manufacturing an HEMT integrated circuit using the doping method of the present invention on a hetero substrate such as a / GaAs system will be described. By using the method of the nineteenth embodiment, it is possible to relatively easily manufacture the HEMT in the depletion mode and the enhancement mode without recess etching and the integrated circuit using them.

【0218】図68は、実施例19における半導体回路素子
の製造方法の過程を示す模式的断面図であってDCFL
回路素子を製造する場合を示す。先ず図68(a) に示す如
く分子線エピタキシー法により半絶縁性のGaAs基板
151 上にi−GaAs層152(6000 Å),i−AlGaA
sスペーサー層153(20Å),n−AlGaAs層154(200
Å, 3×1018cm-3),i−AlGaAs層155(200 Å)
及びi−GaAs層156(500 Å) を順次形成し、他の素
子との間はメサエッチングにより素子分離を行う (図示
せず) 。
FIG. 68 is a schematic cross-sectional view showing the process of the method for manufacturing a semiconductor circuit element in Example 19, which is DCFL.
The case where a circuit element is manufactured is shown. First, as shown in Fig. 68 (a), a semi-insulating GaAs substrate is prepared by the molecular beam epitaxy method.
I-GaAs layer 152 (6000 Å), i-AlGaA on 151
s spacer layer 153 (20Å), n-AlGaAs layer 154 (200
Å, 3 × 10 18 cm -3 ), i-AlGaAs layer 155 (200 Å)
Then, the i-GaAs layer 156 (500 Å) is sequentially formed, and elements are separated from other elements by mesa etching (not shown).

【0219】次にEモードFET素子及びDモードFE
T素子を形成する領域に、例えばWSiNからなるゲー
ト長0.35μmの高融点金属ゲート157 をスパッタ堆積,
エッチング法により形成する。そしてEモードFET素
子を形成する領域の高融点金属ゲート157 の両側にSi
2 からなるサイドウォール158, 158をCVD法により
形成する (図68(b))。そしてこの表面にプラズマCVD
法によりSiOx 膜(x<2)/SiN膜からなる2層
構造の拡散源159 を形成し、メサエッチング上以外はこ
れを除去する。このSiOx 膜及びSiN膜の成膜条件
は以下の通りである。 SiOx 膜:SiH4 5sccm;N2 O 25sccm ;パワー
150W;成膜温度 300℃;膜厚 50Å SiN膜:SiH4 15sccm;NH3 200sccm;パワー 2
50W;成膜温度 300℃;膜厚 450Å
Next, an E mode FET element and a D mode FE
A refractory metal gate 157 made of, for example, WSiN and having a gate length of 0.35 μm is sputter-deposited on the region where the T element is formed.
It is formed by an etching method. Si is formed on both sides of the refractory metal gate 157 in the region where the E mode FET element is formed.
Sidewalls 158 and 158 made of O 2 are formed by the CVD method (FIG. 68 (b)). And plasma CVD on this surface
By the method, a diffusion source 159 having a two-layer structure composed of a SiO x film (x <2) / SiN film is formed and is removed except on the mesa etching. The conditions for forming the SiO x film and the SiN film are as follows. SiO x film: SiH 4 5sccm; N 2 O 25sccm; power
150W; film forming temperature 300 ° C; film thickness 50Å SiN film: SiH 4 15sccm; NH 3 200sccm; power 2
50W; Film forming temperature 300 ℃; Film thickness 450Å

【0220】さらにその上面にその後の熱処理保護膜と
してSiO2 膜160 (1000 Å) を形成した後、 880℃,
5秒間の短時間熱処理を施す。そうすると、拡散源159
におけるSiOx 膜のSiがi−GaAs層156 及びi
−AlGaAs層155 へ拡散して、高融点金属ゲート15
7 の下側を除く部分に拡散層161 が形成される (図68
(c))。ここでSiN膜は前記熱処理におけるAs拡散防
止膜として作用している。最後にEモードFET素子と
DモードFET素子とを形成するためオーミック電極16
2 を形成する(図68(d))。
Further, after forming a SiO 2 film 160 (1000 Å) on the upper surface as a subsequent heat treatment protection film,
Heat treatment is performed for a short time of 5 seconds. Then the diffusion source 159
Si of the SiO x film in FIG.
-Diffusing into the AlGaAs layer 155, refractory metal gate 15
A diffusion layer 161 is formed on the portion except for the lower side of 7 (Fig. 68).
(c)). Here, the SiN film acts as an As diffusion preventing film in the heat treatment. Finally, an ohmic electrode 16 is formed to form an E mode FET element and a D mode FET element.
2 is formed (FIG. 68 (d)).

【0221】図68(c) における拡散層161 の形成段階に
おいて、Siはi−GaAs層156中よりもi−AlG
aAs層155 中の方がより拡散しやすい。図69はi−G
aAs層(A)及びi−AlGaAs層(B)の深さ方
向における電子濃度分布を示すグラフである。なお、こ
の拡散はSiOx 膜及びSiN膜の膜質,膜厚,熱処理
条件により制御可能である。このような特徴を利用して
本実施例の如くi−GaAs層156 上に高融点金属ゲー
ト7のみを形成した場合はその下方のi−AlGaAs
層155 中へはSiが拡散するが、i−GaAs層156 で
はSiが拡散しない部分が残る。
In the step of forming the diffusion layer 161 in FIG. 68 (c), Si is more i-AlG than i-GaAs layer 156.
Diffusion is easier in the aAs layer 155. Figure 69 is iG
It is a graph which shows the electron concentration distribution in the depth direction of an aAs layer (A) and an i-AlGaAs layer (B). This diffusion can be controlled by the film quality, film thickness, and heat treatment conditions of the SiO x film and SiN film. When only the refractory metal gate 7 is formed on the i-GaAs layer 156 as in the present embodiment by utilizing such characteristics, the i-AlGaAs below the gate 7 is formed.
Although Si diffuses into the layer 155, a portion of the i-GaAs layer 156 where Si does not diffuse remains.

【0222】また、高融点金属ゲート157 及びサイドウ
ォール158, 158を形成して被覆幅を大きくした場合はS
iが拡散しない領域がi−GaAs層156,i−AlGa
As層155 のいずれでも残り、その領域はi−AlGa
As層155 の方が狭い。そして前者はゲート電圧が0で
も電流が流れるDモードFET素子として、後者はEモ
ードFET素子として動作する。
When the refractory metal gate 157 and the sidewalls 158 and 158 are formed to increase the coating width, S
The region where i does not diffuse is the i-GaAs layer 156, i-AlGa
Any As layer 155 remains, and its region is i-AlGa.
The As layer 155 is narrower. The former operates as a D-mode FET element in which a current flows even if the gate voltage is 0, and the latter operates as an E-mode FET element.

【0223】表6は2インチ基板上に実際に本実施例19
を用いてEモードFET素子,DモードFET素子を作
製した場合の、Si拡散前,後における閾値電圧及びS
i拡散後の標準偏差を示す。
Table 6 shows the results obtained in Example 19 on a 2-inch substrate.
When an E-mode FET element and a D-mode FET element are manufactured by using, the threshold voltage and S before and after Si diffusion
i shows the standard deviation after diffusion.

【0224】[0224]

【表6】 [Table 6]

【0225】表6より明らかな如くSi拡散後の閾値電
圧はDCFL回路として十分その条件を満たしており、
また均一性にも優れている。この理由としてはゲート部
のリセスエッチング技術を使用していないため、エッチ
ングによるバラツキ及びダメージ層が生じていないこと
が挙げられる。また本発明方法によるDCFL回路素子
を備えたリングオシレータにおいてゲート遅延時間及び
消費電力を測定したところ、ソース・ドレイン間電圧
1.5Vで9ps/ゲート, 1.0 mW/ゲートという良好
な特性が得られた。
As is clear from Table 6, the threshold voltage after Si diffusion sufficiently satisfies the condition for the DCFL circuit,
It is also excellent in uniformity. The reason for this is that since the recess etching technique for the gate portion is not used, variations due to etching and a damaged layer are not generated. Further, when the gate delay time and the power consumption were measured in the ring oscillator equipped with the DCFL circuit element according to the method of the present invention, the voltage between the source and drain was measured.
Good characteristics of 9 ps / gate and 1.0 mW / gate at 1.5 V were obtained.

【0226】なお、 III−V族化合物半導体としては本
実施例に用いた半導体に限るものではない。また不純物
を拡散させる層はi−AlGaAs層, i−GaAs層
の2層構造に限るものではない。
The III-V group compound semiconductor is not limited to the semiconductor used in this embodiment. The layer for diffusing the impurities is not limited to the two-layer structure of the i-AlGaAs layer and the i-GaAs layer.

【0227】また、本実施例19におけるSiN膜はi−
GaAs層156 及びi−AlGaAs層155 からのAs
の拡散防止のために用いており、他のV族原子の拡散防
止層で代用することもできる。また、本実施例19では変
調ドープFETに用いるDCFL回路を製造する場合に
ついて述べたが、本実施例の適用対象はこれに限るもの
ではない。
In addition, the SiN film in Example 19 was i-
As from the GaAs layer 156 and the i-AlGaAs layer 155
Is used to prevent the diffusion of Al, and a diffusion prevention layer for other V group atoms can be used as a substitute. In addition, although a case has been described with the nineteenth embodiment for manufacturing a DCFL circuit used for a modulation-doped FET, the application of the present embodiment is not limited to this.

【0228】(実施例20)本実施例20は、本発明のドー
ピング技術を用いて、異種のHEMT同士あるいはHE
MTとMESFETとを集積化する例を示すものであ
る。
(Embodiment 20) In Embodiment 20, different doping HEMTs or HEs are used by using the doping technique of the present invention.
It shows an example in which MT and MESFET are integrated.

【0229】(例1)図70は、1種類のHEMTと、E
型(エンハンスメントモード)及びD型(ディプレッシ
ョンモード)MESFETとを用いたDCFL(直接結
合型FET論理回路)を同一基板上に作製する場合の工
程を示す。
(Example 1) FIG. 70 shows one type of HEMT and E
A process for producing a DCFL (direct coupling type FET logic circuit) using a D type (enhancement mode) and a D type (depletion mode) MESFET on the same substrate is shown.

【0230】まず図70(a) に示す如く、半絶縁性GaA
s基板171 上に結晶成長法を用いてノンドープのi−G
aAs層172 及びi−AlGaAs層173 からなるヘテ
ロ接合層を積層形成する。次にE型及びD型MESFE
Tの形成領域のi−AlGaAs層173 全てとi−Ga
As層172 の厚み方向における一部とを、硫酸系エッチ
ャントによりエッチング除去する (図70(b))。そしてH
EMT,E型MESFET,D型MESFETの各形成
領域の所要位置に、表7に示す条件でプラズマCVD法
によりSiOx 膜/SiN膜の拡散源174,175,176 を堆
積する (図70(c))。
First, as shown in FIG. 70 (a), semi-insulating GaA
undoped i-G on the s substrate 171 using the crystal growth method
A heterojunction layer composed of an aAs layer 172 and an i-AlGaAs layer 173 is formed by lamination. Next, E-type and D-type MESFE
All the i-AlGaAs layer 173 in the T formation region and i-Ga
A part of the As layer 172 in the thickness direction is removed by etching with a sulfuric acid-based etchant (FIG. 70 (b)). And H
Diffusion sources 174, 175, and 176 of SiO x film / SiN film are deposited by plasma CVD under the conditions shown in Table 7 at the required positions of the EMT, E-type MESFET, and D-type MESFET forming regions (FIG. 70 (c)).

【0231】[0231]

【表7】 [Table 7]

【0232】その後、短時間熱処理(850℃,5秒)を行
うと、HEMT形成領域のi−AlGaAs層173 にn
−AlGaAs層177 が形成され、E型MESFET,
D型MESFETの各形成領域のi−GaAs層172 に
n−GaAs層178, 179が夫々形成される(図70(d))。
これらドーピング層(n−AlGaAs層177,n−Ga
As層178, 179)は図71に示す如く、夫々所望する電子
濃度分布が得られる。最後に各ドーピング層上にソース
電極S,ドレイン電極D及びゲート電極Gを適宜形成す
る。
Thereafter, a short time heat treatment (850 ° C., 5 seconds) is performed, and the i-AlGaAs layer 173 in the HEMT formation region is n-doped.
-AlGaAs layer 177 is formed, E-type MESFET,
The n-GaAs layers 178 and 179 are respectively formed on the i-GaAs layer 172 in each formation region of the D-type MESFET (FIG. 70 (d)).
These doping layers (n-AlGaAs layer 177, n-Ga
As layers 178 and 179) have desired electron concentration distributions, as shown in FIG. Finally, the source electrode S, the drain electrode D, and the gate electrode G are appropriately formed on each doping layer.

【0233】以上の如き例1により得られた各素子の特
性は以下のとおりである。 HEMT:NF=0.50dB(12GHz) E型MESFET:閾値電圧Vth=0.1 V 相互コンダクタンスgm =500 mS/mm D型MESFET:閾値電圧Vth=−1.0 V 相互コンダクタンスgm =500 mS/mm
The characteristics of each element obtained in Example 1 as described above are as follows. HEMT: NF = 0.50 dB (12 GHz) E-type MESFET: threshold voltage V th = 0.1 V mutual conductance g m = 500 mS / mm D-type MESFET: threshold voltage V th = -1.0 V mutual conductance g m = 500 mS / mm

【0234】このDCFL回路では遅延時間10ps/ゲ
ートという高速動作が実現している。従って本実施例に
よればE型/D型MESFETを用いたデジタル論理回
路と低雑音を有するMESFETとをモノリシックにし
かも少ない製造工程で製造することができる。また図70
に示すものと同様の製造工程により抵抗を製造すること
ができることは明らかである。
This DCFL circuit realizes a high-speed operation with a delay time of 10 ps / gate. Therefore, according to this embodiment, the digital logic circuit using the E-type / D-type MESFET and the MESFET having low noise can be manufactured monolithically with a small number of manufacturing steps. Fig. 70
It is clear that the resistor can be manufactured by the manufacturing process similar to that shown in FIG.

【0235】(例2)次に、異種の特性を有するHEM
Tを備えるMMICを製造する工程を図72に示す。ここ
ではX帯で低雑音特性を有するHEMTと高利得特性を
有するHEMTとを同一のヘテロ接合層上に作製する場
合について説明する。まず図72(a) に示す如く半絶縁性
GaAs基板181 上に結晶成長法を用いてノンドープの
i−GaAs層182 及びi−AlGaAs層183 からな
るヘテロ接合層を積層形成する。次にHEMT2 の形成
領域のi−AlGaAs層183 の厚み方向における一部
を、硫酸系エッチャントによりエッチング除去する。そ
してHEMT1 , HEMT2 の各形成領域の所要位置
に、表8に示す条件でプラズマCVD法によりSiOx
膜/SiN膜の拡散源184, 185を堆積する (図72(b))。
(Example 2) Next, an HEM having different characteristics
FIG. 72 shows a process of manufacturing an MMIC including T. Here, a case will be described where a HEMT having a low noise characteristic in the X band and a HEMT having a high gain characteristic are formed on the same heterojunction layer. First, as shown in FIG. 72 (a), a heterojunction layer comprising a non-doped i-GaAs layer 182 and an i-AlGaAs layer 183 is laminated on a semi-insulating GaAs substrate 181 by the crystal growth method. Next, a portion of the i-AlGaAs layer 183 in the HEMT2 forming region in the thickness direction is removed by etching with a sulfuric acid etchant. Then, SiO x was formed at a required position of each HEMT1 and HEMT2 forming region by plasma CVD under the conditions shown in Table 8.
The diffusion sources 184 and 185 of the film / SiN film are deposited (FIG. 72 (b)).

【0236】[0236]

【表8】 [Table 8]

【0237】その後、短時間熱処理(850℃,5秒)を行
うと、HEMT1 , HEMT2 の各形成領域のi−Al
GaAs層183 にn−AlGaAs層186, 187が形成さ
れる(図72(c))。これらドーピング層(n−AlGaA
s層186, 187)は図73に示す如く、夫々所望する電子濃
度分布が得られる。最後に各ドーピング層上にソース電
極S,ドレイン電極D及びゲート電極Gを適宜形成す
る。以上の如き例2により得られた各素子の特性を表9
に示す。
After that, a short-time heat treatment (850 ° C., 5 seconds) is performed, and i-Al in each formation region of HEMT1 and HEMT2 is formed.
The n-AlGaAs layers 186 and 187 are formed on the GaAs layer 183 (FIG. 72 (c)). These doping layers (n-AlGaA
As shown in FIG. 73, the s-layers 186 and 187) respectively have desired electron concentration distributions. Finally, the source electrode S, the drain electrode D, and the gate electrode G are appropriately formed on each doping layer. Table 9 shows the characteristics of each element obtained in Example 2 as described above.
Shown in.

【0238】[0238]

【表9】 [Table 9]

【0239】表9より明らかな如く例2によれば、低雑
音特性を有するHEMT1 と高利得特性を有するHEM
T2 とを同一のヘテロ接合層上に作製することができ
る。従って例えば低雑音特性を必要とする初段にHEM
T1 を配設し、高利得を必要とする2,3段目にHEM
T2 を配設すれば、MMIC化したX帯の低雑音受信用
コンバータ増幅器を同一のヘテロ接合層上に作製するこ
とが可能となる。また同様にノンドープAlGaAs/
InGaAs/GaAsスードモルフィック基板におい
ても異種の特性を有するHEMTのMMICを作製する
ことができる。
As is clear from Table 9, according to Example 2, HEMT1 having a low noise characteristic and HEM having a high gain characteristic are provided.
T2 and T2 can be fabricated on the same heterojunction layer. Therefore, for example, the first stage HEM that requires low noise characteristics
H1 is installed in the 2nd and 3rd stages where T1 is installed and high gain is required.
By disposing T2, it becomes possible to fabricate an MMIC X band low noise receiving converter amplifier on the same heterojunction layer. Similarly, undoped AlGaAs /
HEMT MMICs having different characteristics can be manufactured even on InGaAs / GaAs pseudomorphic substrates.

【0240】また、図70に示す方法(例1)と図72に示
す方法(例2)とを組み合わせて同一基板上に2種類の
HEMT,2種類のMESFETを作製することも可能
である。例えば図70(b) に示すエッチング工程におい
て、i−AlGaAs層173 の厚みが異なる領域を形成
し、これらの領域に表2に示す条件で拡散源(SiOx
膜/SiN膜)を別々に形成する。そして図70(c),図70
(d) に示す如き工程を行えば、2種類のHEMT,2種
類のMESFETを同一基板上に作製することができ
る。
It is also possible to fabricate two types of HEMTs and two types of MESFETs on the same substrate by combining the method shown in FIG. 70 (example 1) and the method shown in FIG. 72 (example 2). For example, in the etching process shown in FIG. 70 (b), regions having different thicknesses of the i-AlGaAs layer 173 are formed, and diffusion regions (SiOx) are formed in these regions under the conditions shown in Table 2.
Film / SiN film) is formed separately. And Fig. 70 (c), Fig. 70
By performing the process shown in (d), two types of HEMTs and two types of MESFETs can be manufactured on the same substrate.

【0241】さらに図70(d) に示す工程において、i−
GaAs層172 にドーピングを行って得られたドーピン
グ層上にショットキ電極及びオーミック電極を適宜形成
すればダイオードを作製することが可能であり、前記ド
ーピング層上にオーミック電極を形成すれば抵抗を作製
することも可能である。
Further, in the step shown in FIG. 70 (d), i-
A diode can be produced by appropriately forming a Schottky electrode and an ohmic electrode on the doping layer obtained by doping the GaAs layer 172, and a resistor is produced by forming an ohmic electrode on the doping layer. It is also possible.

【0242】(実施例21)本実施例21は、本発明のドー
ピング技術を用いた電子波干渉素子の作製方法を示すも
のである。
(Embodiment 21) This embodiment 21 shows a method for manufacturing an electron wave interference element using the doping technique of the present invention.

【0243】図74は、実施例21における電子波干渉素子
の基本的構造を示し、図74(a) はその平面図、図74(b)
は図74(a) のA−A′における断面図である。図中191
は、表面から深さ0.2 μmまでは半絶縁性GaAs191
b、それ以下はp型GaAs191aからなるGaAs基板
である。GaAs基板191 の中央部には、その一部を残
した態様で、深さ0.3 μm程度の穴が設けられており、
その残存部の中心側の側壁には、拡散技術により形成し
た高濃度層からなるチャネル層192 が、厚さ0.1μm以
下(0.01〜0.1 μm程度)に形成されている。この際、
チャネル層192 の厚さが0.1 μm以下であるので、その
電子濃度は3×1018cm-3程度となる。
FIG. 74 shows the basic structure of the electron wave interference element in the twenty-first embodiment. FIG. 74 (a) is its plan view and FIG. 74 (b).
FIG. 74 is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 74 (a). 191 in the figure
Is semi-insulating GaAs191 from the surface to a depth of 0.2 μm.
b and below are GaAs substrates made of p-type GaAs 191a. A hole having a depth of about 0.3 μm is formed in the central portion of the GaAs substrate 191, leaving a part thereof.
On the side wall on the center side of the remaining portion, a channel layer 192 made of a high concentration layer formed by a diffusion technique is formed with a thickness of 0.1 μm or less (about 0.01 to 0.1 μm). On this occasion,
Since the thickness of the channel layer 192 is 0.1 μm or less, its electron concentration is about 3 × 10 18 cm −3 .

【0244】チャネル層192 には、このチャネル層192
の長さを等分するような2箇所に電子注入電極195,電子
取り出し電極196 が設けられており、これらの電極195,
196間において、電子波が長さ0.2 μm以下の2通りの
経路(チャネル層)192a, 192b内を伝播できるようにな
る。また、残存部の辺縁側の側壁には、静電ポテンシャ
ルを印加するための高濃度層193 が形成され、この高濃
度層193 に接続してゲート電極194 が設けられている。
The channel layer 192 includes the channel layer 192.
An electron injection electrode 195 and an electron extraction electrode 196 are provided at two locations that divide the length of each of the electrodes 195,
Between 196, the electron wave can propagate in two paths (channel layers) 192a and 192b having a length of 0.2 μm or less. Further, a high concentration layer 193 for applying an electrostatic potential is formed on the side wall on the side of the margin of the remaining portion, and a gate electrode 194 is provided in connection with the high concentration layer 193.

【0245】次に、動作について説明する。電子注入電
極195,電子取り出し電極196 間に電界を印加すると、電
子は各チャネル層192a, 192b内を通過する。ここで、チ
ャネル層192 は薄層化しているので電子のエネルギ準位
は量子化し、また、その位相は不純物からの散乱の影響
を受けることが少なくて乱されにくい。そして、チャネ
ル層192 の近傍に設けたゲート電極194 から高濃度層19
3 を介して適当な電位を印加することによって、両チャ
ネル層192a, 192b内を伝播する電子波は干渉を起こし、
その干渉状態を制御することができる。以上によって、
本実施例21の構造でも電子波干渉素子として機能する。
Next, the operation will be described. When an electric field is applied between the electron injection electrode 195 and the electron extraction electrode 196, the electrons pass through the inside of each channel layer 192a, 192b. Here, since the channel layer 192 is made thin, the energy levels of electrons are quantized, and the phase thereof is less affected by scattering from impurities and is less likely to be disturbed. Then, from the gate electrode 194 provided in the vicinity of the channel layer 192 to the high concentration layer 19
By applying an appropriate potential via 3, electron waves propagating in both channel layers 192a, 192b cause interference,
The interference state can be controlled. By the above,
The structure of Example 21 also functions as an electron wave interference element.

【0246】次に、このような構成の電子波干渉素子の
製造方法について説明する。図75〜図77はその工程を示
す断面図であり、図74におけるA−A′断面,B−B′
断面につき並列的に工程順に図示している。
Next, a method of manufacturing the electron wave interference element having such a structure will be described. 75 to 77 are cross-sectional views showing the process, which are taken along the line AA ′ in FIG. 74 and the line BB ′.
The cross-sections are illustrated in parallel in process order.

【0247】まず、表面から深さ0.2 μmまでは半絶縁
性GaAs191b、それ以下はp型GaAs191aからなる
GaAs基板191 の主表面上に、フォトレジスト膜201
を所望の形状にパターン形成する(図75(a))。このフォ
トレジスト膜201 をマスクとして、RIE法により、G
aAs基板191 に深さ0.3 μm程度の穴202 を形成する
(図75(b))。次いで、ECR−CVD法にて、全域にS
iO2 膜203 を厚さ1000Å程度形成する(図75(c))。
First, a photoresist film 201 is formed on the main surface of a GaAs substrate 191 made of semi-insulating GaAs 191b from the surface to a depth of 0.2 μm, and p-type GaAs 191a below that.
Is patterned into a desired shape (FIG. 75 (a)). Using this photoresist film 201 as a mask, G
A hole 202 having a depth of about 0.3 μm is formed in the aAs substrate 191 (FIG. 75 (b)). Then, by the ECR-CVD method, S
An iO 2 film 203 is formed with a thickness of about 1000Å (FIG. 75 (c)).

【0248】NH4 F:HF=120 :1の混合液でスラ
イトエッチングを施して、GaAs基板191 及びフォト
レジスト膜201 の側壁のSiOx 膜203 を選択的に除去
する(図76(d))。リフトオフ法により、フォトレジスト
膜201 上のSiO2 膜203 を除去する(図76(e))。次
に、プラズマCVD法にて、Si拡散用のSiOx /S
iN積層膜204 を全域に形成する(図76(f))。SiOx
/SiN積層膜204 は例えば、下層がSiOx 膜(膜
厚:150 Å程度)、上層がSiN膜(膜厚:450 Å程
度)からなる。RIE法による異方性エッチングを施し
て、穴202 の側壁以外のSiOx /SiN積層膜204 を
除去する(図76(g))。
Slight etching is performed using a mixed solution of NH 4 F: HF = 120: 1 to selectively remove the SiO x film 203 on the sidewalls of the GaAs substrate 191 and the photoresist film 201 (FIG. 76 (d)). . The SiO 2 film 203 on the photoresist film 201 is removed by the lift-off method (FIG. 76 (e)). Next, by plasma CVD method, SiO x / S for Si diffusion
The iN laminated film 204 is formed over the entire area (FIG. 76 (f)). SiO x
The / SiN laminated film 204 has, for example, a lower layer of a SiO x film (film thickness: about 150 Å) and an upper layer of a SiN film (film thickness: about 450 Å). Anisotropic etching is performed by the RIE method to remove the SiO x / SiN laminated film 204 other than the side wall of the hole 202 (FIG. 76 (g)).

【0249】P−CVD法にて、アニール用の保護膜と
してのSiN膜205 を全域に厚さ1000Å程度形成する
(図77(h))。次いで、880 ℃,5秒のアニール処理を施
して、チャネル層192,高濃度層193 となる所望の厚さの
高濃度層を形成する(図77(i))。この際、形成する高濃
度層の厚さは、SiOx /SiN積層膜204 の形成条
件,アニール処理条件に応じて制御可能である。フォト
レジスト膜206 を所望の形状にパターン形成した後、こ
のフォトレジスト膜206 をマスクとして、電極形成領域
のSiN膜を選択的に除去する(図77(j))。次に、Au
Ge/Niからなる電極用の金属膜を蒸着し、リフトオ
フ法によりフォトレジスト膜206 上の金属膜を除去し、
450 ℃のH2 雰囲気で120 秒間の熱処理を施して、ゲー
ト電極194,電子注入電極195,電子取り出し電極196 を作
成する(図77(k))。
By the P-CVD method, a SiN film 205 as a protective film for annealing is formed over the entire area to a thickness of about 1000Å (FIG. 77 (h)). Then, an annealing treatment is performed at 880 ° C. for 5 seconds to form a high-concentration layer having a desired thickness to be the channel layer 192 and the high-concentration layer 193 (FIG. 77 (i)). At this time, the thickness of the high-concentration layer to be formed can be controlled according to the formation conditions of the SiO x / SiN laminated film 204 and the annealing treatment conditions. After patterning the photoresist film 206 into a desired shape, the SiN film in the electrode formation region is selectively removed using the photoresist film 206 as a mask (FIG. 77 (j)). Next, Au
A metal film for the electrode made of Ge / Ni is deposited, and the metal film on the photoresist film 206 is removed by a lift-off method.
The gate electrode 194, the electron injection electrode 195, and the electron extraction electrode 196 are formed by performing heat treatment for 120 seconds in an H 2 atmosphere at 450 ° C. (FIG. 77 (k)).

【0250】以上の製造工程において用いられた主要技
術である微細パターンエッチング技術,電極形成技術等
は、一般的な化合物半導体装置の作製時に広く用いられ
ており、本実施例21の素子構造は、高密度集積化に適し
ていると言える。
The fine pattern etching technique, electrode forming technique, etc., which are the main techniques used in the above manufacturing process, are widely used in the fabrication of general compound semiconductor devices, and the element structure of this Example 21 is It can be said that it is suitable for high-density integration.

【0251】[0251]

【発明の効果】以上のように、本発明のドーピング方法
では、 III−V族化合物半導体上にSiOx 膜とV族原
子拡散防止膜とを成膜したウエハに熱処理を施して III
−V族化合物半導体中にシリコンを拡散させてドーピン
グを行うので、極めて容易に III−V族化合物半導体に
対して制御性が良いドーピング処理を施すことができ
る。そして、本発明のドーピング方法は、 III−V族化
合物半導体を用いる半導体デバイスの作製時に幅広く適
用することが可能であり、半導体デバイスの作製技術の
発展に大いに寄与することができる。
As is evident from the foregoing description, in the doping method of the present invention, heat treatment is performed to the wafer was deposited with SiO x film and Group V atomic diffusion preventing film on the III-V compound semiconductor III
Since doping is performed by diffusing silicon in the group-V compound semiconductor, it is possible to extremely easily perform the doping process with good controllability on the group-III compound semiconductor. The doping method of the present invention can be widely applied when manufacturing semiconductor devices using III-V group compound semiconductors, and can greatly contribute to the development of semiconductor device manufacturing technology.

【0252】また、請求項9の抵抗層では、抵抗層に凹
部を設けてあり、該凹部の側面に電流が流れるので、半
導体層の抵抗層占有面積を変化させずに、所望する抵抗
値で抵抗層を形成でき、また飽和電流値を増加させ、オ
ーミック特性を向上できる。
Further, in the resistance layer according to the ninth aspect, since the concave portion is provided in the resistance layer and the current flows through the side surface of the concave portion, the resistance layer occupying area of the semiconductor layer is not changed and the desired resistance value is obtained. A resistance layer can be formed, a saturation current value can be increased, and ohmic characteristics can be improved.

【0253】また、請求項10のFETの製造方法で
は、SiOx膜及びV族拡散防止膜からなる2層構造の
拡散源を形成し、熱処理を行ってSiを拡散するので、
従来ドーピングが困難であった部分にも面内均一性が良
好なドーピングを行うことが可能となり、高性能,高品
質なFETが得られる。
In the method of manufacturing an FET according to claim 10 , since a diffusion source having a two-layer structure composed of a SiOx film and a group V diffusion prevention film is formed and heat treatment is performed to diffuse Si,
It is possible to perform doping with good in-plane uniformity even in a portion where it has been difficult to dope conventionally, and a high-performance and high-quality FET can be obtained.

【0254】また、請求項11のFETの製造方法で
は、選択的に垂直にエッチングされたIII−V族の化合
物半導体基板にSiOx 膜とAs拡散防止膜との積層膜
を形成した後、熱処理を施すことによって動作層を形成
するので、化合物半導体基板の側面においても不純物濃
度が均一である動作層を容易に形成することができ、横
型の構成に比べて高性能化を実現できる縦型のFETを
III−V族の化合物半導体基板を用いても再現性良く製
造することが可能となる。
Further, in the FET manufacturing method according to the eleventh aspect , after the laminated film of the SiOx film and the As diffusion preventing film is formed on the III-V group compound semiconductor substrate which is selectively vertically etched, the heat treatment is performed. Since the operation layer is formed by performing the application, it is possible to easily form an operation layer having a uniform impurity concentration even on the side surface of the compound semiconductor substrate, and it is possible to achieve higher performance than the lateral configuration. To
Even if a compound semiconductor substrate of III-V group is used, it can be manufactured with good reproducibility.

【0255】また、請求項12のFETの製造方法で
は、段差部を有する III−V族の化合物半導体基板の段
差部側部及び段差部下部に、SiOx 膜とV族原子拡散
防止膜とを積層させた後、熱処理を施すことによって、
不純物拡散層を形成するので、化合物半導体基板におけ
る段差部の形状の如何にかかわらず、その側部に不純物
拡散層を容易に形成でき、トランジスタ特性の向上を図
れるFETを再現性良く良く製造することができる。
According to the twelfth aspect of the method of manufacturing an FET, the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film are laminated on the side of the step portion and below the step portion of the III-V group compound semiconductor substrate having the step portion. After applying the heat treatment,
Since the impurity diffusion layer is formed, it is possible to easily form the impurity diffusion layer on the side portion of the compound semiconductor substrate irrespective of the shape of the step portion and to improve the transistor characteristics, and to manufacture the FET with good reproducibility. You can

【0256】また、請求項13のFETの製造方法は、
SiOx 膜及びV族原子拡散防止膜を形成し、熱処理を
行ってドーピング層を形成した後、高濃度のドーピング
層を形成する領域のみSiOx 膜及びV族原子拡散防止
膜を残してさらに熱処理を施すことにより、容易により
高い不純物濃度を有するドーピング層を選択的に形成す
ることができ、製造工程の簡素化,歩留りの向上が実現
する。
The method of manufacturing the FET according to claim 13 is
After forming the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film and performing the heat treatment to form the doping layer, the heat treatment is further performed only on the region where the high concentration doping layer is formed, leaving the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film. As a result, a doping layer having a higher impurity concentration can be selectively formed, and the manufacturing process can be simplified and the yield can be improved.

【0257】また、請求項14,15の半導体回路素子
の製造方法では、上述のドーピング方法を使用し、V族
原子拡散防止膜の膜厚を制御することにより、高価なイ
オン注入装置を使用することなく、単一の熱処理によっ
て数種の抵抗値を有する半導体集積回路素子を作製する
ことができ、コストが低減される。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor circuit element according to the fourteenth and fifteenth aspects, an expensive ion implantation apparatus is used by using the above-mentioned doping method and controlling the film thickness of the group V atom diffusion preventing film. Without doing so, a semiconductor integrated circuit element having several resistance values can be manufactured by a single heat treatment, and the cost is reduced.

【0258】また、請求項16のFETの製造方法で
は、製造されたFETの電流値及び閾値電圧が所望値よ
りも低い場合に、低温で加熱処理することによりドーピ
ング層に存在するSiをさらに拡散させて、電流値及び
閾値電圧を高め、その所望値を得ることができるので歩
留りが向上する。
Further, in the method of manufacturing an FET according to claim 16 , when the current value and the threshold voltage of the manufactured FET are lower than desired values, the Si existing in the doping layer is further diffused by heat treatment at a low temperature. Then, the current value and the threshold voltage can be increased and the desired values can be obtained, so that the yield is improved.

【0259】また、請求項17の電気伝導領域の作製方
法では、 III−V族化合半導体上にSiOx 膜とV族原
子拡散防止膜とをこの順に形成し、1次元または2次元
の電気伝導領域形成部以外のV族原子拡散防止膜を除去
した後、熱処理を施すだけでSiを所望領域の III−V
族化合物半導体内へ拡散させることができる。しかもこ
の方法によるとエッチング等の処理を III−V族化合物
半導体へ施す必要がないため、欠陥を生じることがな
く、良好な電気伝導領域を得ることができる。
Further, in the method of manufacturing an electric conduction region according to the seventeenth aspect , a SiOx film and a group V atom diffusion prevention film are formed in this order on a III-V compound semiconductor, and a one-dimensional or two-dimensional electric conduction region is formed. After removing the group V atom diffusion preventive film other than the formation portion, heat treatment is simply performed to turn Si into a desired region of III-V.
It can be diffused into the group compound semiconductor. Moreover, according to this method, it is not necessary to perform a treatment such as etching on the III-V group compound semiconductor, so that no defect occurs and a good electric conduction region can be obtained.

【0260】また、請求項18の量子細線の形成方法で
は、 III−V族化合物半導体基板に空孔を生成し、ここ
にSiを拡散させることにより、結晶欠陥を生じること
なく量子細線を形成することができる。また、Siを拡
散させるチャネル幅は、 III−V族化合物半導体基板上
で形成する拡散層の厚さを制御することにより決定され
るので、精度良く細く形成することができる。更に段差
を設けるためのSi拡散防止層の側壁に沿って量子細線
を形成でき、形状に制約を受けることがない。
In the method for forming a quantum wire according to the eighteenth aspect, a hole is formed in the III-V compound semiconductor substrate and Si is diffused therein to form a quantum wire without causing crystal defects. be able to. Further, the channel width for diffusing Si is determined by controlling the thickness of the diffusion layer formed on the III-V compound semiconductor substrate, so that it can be formed accurately and thinly. Further, the quantum wires can be formed along the side wall of the Si diffusion preventing layer for providing the step, and the shape is not restricted.

【0261】また、請求項19の量子細線の形成方法に
おいては、異種類の III−V族化合物半導体に形成され
た拡散部の深さの差を量子細線のチャネル幅とするの
で、結晶欠陥を生じさせずに、チャネル幅が精度良く細
い量子細線を形成することができる。
Further, in the method for forming a quantum wire according to claim 19 , since the difference in depth of diffusion portions formed in different kinds of III-V group compound semiconductors is used as the channel width of the quantum wire, crystal defects are caused. It is possible to form a thin quantum wire with an accurate channel width without causing it.

【0262】また、請求項20の量子細線の形成方法で
は、広禁止帯半導体層の断面形状を鋸歯状に加工し、そ
の表面にドーピング層を形成するので、鋸歯状の凹部で
あるドーピング層は狭禁止帯半導体層/広禁止帯半導体
層界面に近いため、この位置における狭禁止帯半導体層
には電子が溜まり、極めて幅が狭いチャネル層である量
子細線を得ることができ、また、得られた量子細線に
は、不純物または結晶欠陥等の欠陥が存在することはほ
とんどない。
Further, in the method for forming a quantum wire according to claim 20 , since the cross-sectional shape of the wide band gap semiconductor layer is processed into a sawtooth shape and the doping layer is formed on the surface thereof, the doping layer which is a sawtooth-shaped recess is formed. Since the narrow forbidden band semiconductor layer / wide forbidden band semiconductor layer interface is close, electrons are accumulated in the narrow forbidden band semiconductor layer at this position, and a quantum wire which is an extremely narrow channel layer can be obtained and obtained. The quantum wire has almost no defects such as impurities or crystal defects.

【0263】また、請求項21の量子箱の形成方法で
は、V族原子拡散防止膜を鋸歯状の凹凸に交叉する方向
に形成することにより、ドーピング層の形成範囲が制限
され、極めて幅が狭く、長さも制限されたチャネル層で
ある量子箱を得ることができ、また、得られた量子箱に
は、不純物または結晶欠陥等の欠陥が存在することはほ
とんどない。
In the method of forming a quantum box according to claim 21 , the group V atom diffusion preventing film is formed in a direction intersecting with the saw-toothed concavities and convexities, whereby the forming range of the doping layer is limited and the width is extremely narrow. It is possible to obtain a quantum box which is a channel layer having a limited length, and the obtained quantum box has almost no defects such as impurities or crystal defects.

【0264】また、請求項22の量子細線トランジスタ
では、請求項20に応じて形成した量子細線を使用して
いるので、良好な特性を有する。
The quantum wire transistor according to claim 22 has good characteristics because the quantum wire formed according to claim 20 is used.

【0265】また、請求項23の半導体回路素子の製造
方法では、SiOx 膜/V族原子拡散防止膜からなる2
層構造の拡散源を III−V族化合物の半導体層上に形成
して熱処理することにより、半導体層に所定の深さ, 所
定の濃度でSiを拡散させることができるので、選択エ
ッチング技術を用いることなく変調ドープFETの如き
半導体回路素子を製造できる。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor circuit element according to the twenty- third aspect of the present invention, it is preferable that the SiOx film / group V atom diffusion prevention film 2
Since a diffusion source having a layered structure is formed on a semiconductor layer of a III-V group compound and heat-treated, Si can be diffused into the semiconductor layer at a predetermined depth and a predetermined concentration. Therefore, a selective etching technique is used. It is possible to manufacture a semiconductor circuit device such as a modulation-doped FET without a need.

【0266】また、請求項24,25の半導体集積回路
の製造方法では、上述のドーピング方法を使用すること
により、従来困難であった異なる特性を有する複数の素
子のモノリシック化を容易に実現することができ、通信
デバイスの小型化が可能となり、しかもその製造工程を
煩雑化することはない。
[0266] In the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit according to claim 24, 25, by using the above-described doping method, possible to easily realize the monolithic multiple elements having conventionally difficult even different properties Therefore, the communication device can be downsized, and the manufacturing process thereof is not complicated.

【0267】更に、請求項26の電子波干渉素子では、
拡散技術により形成した高濃度層をチャネル層としたの
で、化合物半導体基板の表面の任意の位置に集積回路化
に適した構造をなす任意の形状,寸法の電子波干渉素子
を得ることができる。
Furthermore, in the electron wave interference element of claim 26 ,
Since the high-concentration layer formed by the diffusion technique is used as the channel layer, it is possible to obtain an electron wave interference element having an arbitrary shape and size having a structure suitable for integration into an integrated circuit at an arbitrary position on the surface of the compound semiconductor substrate.

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

【図1】本発明のドーピング方法の原理を説明するため
のSiOx 膜/SiN膜の積層膜構造を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a laminated film structure of a SiO x film / SiN film for explaining the principle of a doping method of the present invention.

【図2】本発明におけるSiドーピングのメカニズムを
示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing the mechanism of Si doping in the present invention.

【図3】SiOx 膜の膜質とドーピングの発生状況との
関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the film quality of a SiO x film and the occurrence of doping.

【図4】Si濃度分布及び電子濃度分布を示すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing Si concentration distribution and electron concentration distribution.

【図5】SiOx 膜の成膜時のガス流量と電子濃度分布
との相関を説明するための電子濃度分布を示すグラフで
ある。
FIG. 5 is a graph showing an electron concentration distribution for explaining a correlation between a gas flow rate and an electron concentration distribution when forming a SiO x film.

【図6】SiOx 膜の膜厚と電子濃度分布との相関を説
明するための電子濃度分布を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing an electron concentration distribution for explaining the correlation between the film thickness of a SiO x film and the electron concentration distribution.

【図7】SiOx 膜の成膜温度と電子濃度分布との相関
を説明するための電子濃度分布を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing an electron concentration distribution for explaining a correlation between a deposition temperature of a SiO x film and an electron concentration distribution.

【図8】SiN膜の成膜時のガス流量と電子濃度分布と
の相関を説明するための電子濃度分布を示すグラフであ
る。
FIG. 8 is a graph showing the electron concentration distribution for explaining the correlation between the gas flow rate and the electron concentration distribution when forming the SiN film.

【図9】熱処理温度と電子濃度分布との相関を説明する
ための電子濃度分布を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing an electron concentration distribution for explaining the correlation between the heat treatment temperature and the electron concentration distribution.

【図10】本発明の一例に使用するウエハの構造を示す
断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a wafer used in an example of the present invention.

【図11】AlGaAsに本発明を適用した場合の電子
濃度分布を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing an electron concentration distribution when the present invention is applied to AlGaAs.

【図12】実施例8の例1の抵抗層が形成された半導体
装置の斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view of a semiconductor device in which a resistance layer of Example 1 of Example 8 is formed.

【図13】図12のX−X線での断面図である。13 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.

【図14】実施例8の例1の凹部の形状例を示した平面
図である。
FIG. 14 is a plan view showing an example of the shape of a recess of Example 1 of Example 8.

【図15】実施例8の例1の抵抗層の電流−電圧の関係
を示したグラフである。
FIG. 15 is a graph showing a current-voltage relationship of a resistance layer of Example 1 of Example 8.

【図16】実施例8の例2の抵抗層が形成された半導体
装置の斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view of a semiconductor device in which a resistance layer of Example 2 of Example 8 is formed.

【図17】図16のX−X線での断面図である。17 is a sectional view taken along line XX of FIG.

【図18】実施例8の例3の抵抗層が形成された半導体
装置の斜視図である。
FIG. 18 is a perspective view of a semiconductor device in which a resistance layer of Example 3 of Example 8 is formed.

【図19】図18のX−X線での断面図である。19 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.

【図20】実施例8の例2,例3の抵抗層の電流−電圧
の関係を示したグラフである。
20 is a graph showing the current-voltage relationship of the resistance layers of Example 2 and Example 3 of Example 8. FIG.

【図21】実施例9の電界効果型トランジスタの製造方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a step of the method for manufacturing the field effect transistor of Example 9.

【図22】実施例9の電界効果型トランジスタの製造方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a step of the method for manufacturing the field effect transistor of Example 9.

【図23】図22に示す拡散層の電子濃度分布を示すグラ
フである。
23 is a graph showing an electron concentration distribution of the diffusion layer shown in FIG.

【図24】実施例10の電界効果型トランジスタの製造方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a step of the method for manufacturing the field effect transistor of Example 10.

【図25】実施例11の例1の電界効果型トランジスタの
断面構造図である。
FIG. 25 is a cross-sectional structure diagram of the field effect transistor of Example 1 of Example 11.

【図26】実施例11の例2の電界効果型トランジスタの
断面構造図である。
FIG. 26 is a cross-sectional structure diagram of the field-effect transistor of Example 2 of Example 11.

【図27】実施例11の例3の電界効果型トランジスタの
断面構造図である。
27 is a cross-sectional structure diagram of the field effect transistor of Example 3 of Example 11. FIG.

【図28】図27に示す電界効果型トランジスタの製造工
程を示す断面図である。
28 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the field effect transistor shown in FIG. 27. FIG.

【図29】実施例11の例4の電界効果型トランジスタの
断面構造図である。
29 is a cross-sectional structure diagram of the field effect transistor of Example 4 of Example 11. FIG.

【図30】実施例12の例1の電界効果型トランジスタの
製造方法の工程を示す断面図である。
FIG. 30 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the field-effect transistor of Example 1 of Example 12.

【図31】実施例12の例2の電界効果型トランジスタの
製造方法の工程を示す断面図である。
FIG. 31 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the field-effect transistor of Example 2 of Example 12.

【図32】図30, 図31に示すドーピング層の電子濃度を
示すグラフである。
32 is a graph showing the electron concentration of the doping layer shown in FIGS. 30 and 31. FIG.

【図33】SiN膜の膜厚とシート導電度との関係を示
すグラフである。
FIG. 33 is a graph showing the relationship between the film thickness of the SiN film and the sheet conductivity.

【図34】実施例13において導電層を形成する方法を示
す断面図である。
FIG. 34 is a cross-sectional view showing the method of forming the conductive layer in Example 13.

【図35】実施例13のGaAs型電界効果型トランジス
タの製造方法の工程を示す断面図である。
FIG. 35 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing the GaAs field effect transistor of Example 13.

【図36】実施例13のE型及びD型の電界効果型トラン
ジスタ製造方法の工程を示す断面図である。
FIG. 36 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing an E-type and D-type field effect transistor of Example 13.

【図37】実施例13の変調ドープ電界効果型トランジス
タの製造方法の工程を示す断面図である。
FIG. 37 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the modulation-doped field effect transistor of Example 13.

【図38】実施例13のE型及びD型変調ドープ電界効果
型トランジスタの製造方法の工程を示す断面図である。
FIG. 38 is a cross-sectional view showing a step in a method for manufacturing an E-type and D-type modulation-doped field effect transistor of Example 13.

【図39】実施例14におけるSiドーピング層の形成過
程における構造を示した断面図である。
FIG. 39 is a sectional view showing a structure in the process of forming a Si doping layer in Example 14.

【図40】実施例14において第2の熱処理を行った場合
のキャリア濃度を測定した結果を示したグラフである。
FIG. 40 is a graph showing the results of measuring the carrier concentration when the second heat treatment was performed in Example 14.

【図41】実施例14の製造段階におけるMESFETの
構造を示す断面図である。
FIG. 41 is a cross-sectional view showing the structure of MESFET in the manufacturing stage of Example 14;

【図42】実施例14の製造段階途中における変調ドープ
トランジスタの構造を示す断面図である。
FIG. 42 is a cross-sectional view showing the structure of the modulation doped transistor in the middle of the manufacturing process of Example 14;

【図43】実施例15の電気伝導領域の作製方法の工程を
示す断面図である。
FIG. 43 is a cross-sectional view showing a step in the method for producing the electrically conductive region of Example 15.

【図44】実施例15により得られる1次元電気伝導領域
を示す模式図である。
FIG. 44 is a schematic diagram showing a one-dimensional electric conduction region obtained in Example 15.

【図45】実施例16の例1の量子細線の形成段階におけ
る化合物半導体基板の断面図である。
45 is a cross-sectional view of the compound semiconductor substrate at the stage of forming quantum wires in Example 1 of Example 16. FIG.

【図46】実施例16の例1の量子細線の形成段階におけ
る化合物半導体基板の断面図である。
FIG. 46 is a sectional view of the compound semiconductor substrate at the stage of forming quantum wires in Example 1 of Example 16.

【図47】実施例16の例1の量子細線の形成段階におけ
る化合物半導体基板の断面図である。
47 is a cross-sectional view of the compound semiconductor substrate at the stage of forming quantum wires in Example 1 of Example 16. FIG.

【図48】実施例16の例1の量子細線の形成段階におけ
る化合物半導体基板の断面図である。
48 is a sectional view of the compound semiconductor substrate at the stage of forming quantum wires in Example 1 of Example 16. FIG.

【図49】実施例16の例2の量子細線の形成段階におけ
る化合物半導体基板の断面図である。
FIG. 49 is a cross-sectional view of the compound semiconductor substrate at the stage of forming quantum wires in Example 2 of Example 16.

【図50】実施例16の例2の量子細線の形成段階におけ
る化合物半導体基板の断面図である。
50 is a sectional view of the compound semiconductor substrate at the stage of forming quantum wires in Example 2 of Example 16. FIG.

【図51】実施例16の例2の量子細線の形成段階におけ
る化合物半導体基板の断面図である。
51 is a cross-sectional view of the compound semiconductor substrate at the stage of forming quantum wires in Example 2 of Example 16. FIG.

【図52】実施例16の例2の量子細線の形成段階におけ
る化合物半導体基板の断面図である。
52 is a cross-sectional view of the compound semiconductor substrate at the stage of forming quantum wires in Example 2 of Example 16. FIG.

【図53】実施例16の例3により量子細線を形成した化
合物半導体基板の平面図である。
53 is a plan view of a compound semiconductor substrate having a quantum wire formed therein according to Example 3 of Example 16. FIG.

【図54】実施例17の例1の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
FIG. 54 is a cross-sectional view of the substrate at the stage of forming quantum wires in Example 1 of Example 17.

【図55】実施例17の例1の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
55 is a cross-sectional view of the substrate at the stage of forming quantum wires in Example 1 of Example 17. FIG.

【図56】実施例17の例1の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
FIG. 56 is a cross-sectional view of the substrate at a stage of forming quantum wires in Example 1 of Example 17.

【図57】実施例17の例1の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
FIG. 57 is a cross-sectional view of the substrate at the stage of forming quantum wires in Example 1 of Example 17.

【図58】実施例17の例2の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
FIG. 58 is a cross-sectional view of the substrate at the stage of forming quantum wires in Example 2 of Example 17.

【図59】実施例17の例2の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
FIG. 59 is a cross-sectional view of the substrate at a stage of forming quantum wires in Example 2 of Example 17.

【図60】実施例17の例2の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
FIG. 60 is a cross-sectional view of the substrate at a stage of forming quantum wires in Example 2 of Example 17.

【図61】実施例17の例2の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
61 is a cross-sectional view of the substrate at the stage of forming the quantum wires in Example 2 of Example 17. FIG.

【図62】実施例17の例3の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
FIG. 62 is a cross-sectional view of the substrate at a stage of forming quantum wires in Example 3 of Example 17.

【図63】実施例17の例3の量子細線の形成段階におけ
る基板の断面図である。
63 is a cross-sectional view of the substrate at a stage of forming quantum wires in Example 3 of Example 17. FIG.

【図64】実施例18により得られる量子細線(または量
子箱)を示す断面図である。
64 is a cross-sectional view showing a quantum wire (or a quantum box) obtained in Example 18. FIG.

【図65】実施例18の量子細線の形成方法の工程を示す
断面図である。
FIG. 65 is a cross-sectional view showing a step in the method for forming a quantum wire according to Example 18.

【図66】実施例18における量子細線トランジスタを示
す斜視図である。
FIG. 66 is a perspective view showing a quantum wire transistor according to an eighteenth embodiment.

【図67】実施例18における量子箱の形成方法を説明す
るための部分斜視図である。
FIG. 67 is a partial perspective view for explaining the quantum box forming method in Example 18.

【図68】実施例19の半導体回路素子の製造方法の工程
を示す断面図である。
FIG. 68 is a cross-sectional view showing a step of the method for manufacturing the semiconductor circuit element of Example 19.

【図69】実施例19における拡散層の電子濃度分布を示
すグラフである。
FIG. 69 is a graph showing an electron concentration distribution of a diffusion layer in Example 19.

【図70】実施例20の例1の半導体集積回路の製造方法
の工程を示す断面図である。
FIG. 70 is a cross-sectional view showing the step of the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit of Example 1 of Example 20.

【図71】図70に示す製造方法により得られるドーピン
グ層の電子濃度分布を示すグラフである。
71 is a graph showing an electron concentration distribution of a doping layer obtained by the manufacturing method shown in FIG. 70.

【図72】実施例20の例2の半導体集積回路の製造方法
の工程を示す断面図である。
72 is a sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit of Example 2 of Example 20. FIG.

【図73】図72に示す製造方法により得られるドーピン
グ層の電子濃度分布を示すグラフである。
73 is a graph showing an electron concentration distribution of a doping layer obtained by the manufacturing method shown in FIG.

【図74】実施例21の電子波干渉素子の基本構造を示す
平面図及び断面図である。
74A and 74B are a plan view and a cross-sectional view showing the basic structure of the electron wave interference element according to the twenty-first embodiment.

【図75】実施例21の電子波干渉素子の製造方法の工程
を示す断面図である。
FIG. 75 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing the electron wave interference element of Example 21.

【図76】実施例21の電子波干渉素子の製造方法の工程
を示す断面図である。
FIG. 76 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing the electron wave interference element of Example 21.

【図77】実施例21の電子波干渉素子の製造方法の工程
を示す断面図である。
77 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing the electron wave interference element of Example 21. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 SiOx 膜 3 SiN膜 11 半導体基板 12 SiOx/SiN積層膜 13 抵抗層 13a, 13b, 13c 凹部 14 電極 21 GaAs基板 22 低濃度ドーピング層 23 T型ゲート電極 24 拡散源 25 SiO2 膜 26 高濃度ドーピング層 27 中濃度ドーピング層 28 オーミック電極 31 GaAs基板 32 SiOx 膜 33 SiN膜 34 動作層 35 ソース電極 36 ドレイン電極 37 Si3 4 膜 38 ゲート電極 41 ソース電極 42 ゲート電極 43 ドレイン電極 44 n+ 層 45 動作層(n層) 46 n- 層 47 SiOx 膜 48 SiN膜 50, 51 GaAs基板 52 拡散源 53 n層 54 ゲート電極 55 n+ 層 56 オーミック電極 57 GaAs層 58 AlGaAs層 61 GaAs基板 62 SiOx 膜 63, 67 SiN膜 64 拡散源 71, 72, 73 導電層 74 AlGaAs層 77 導電層 78 拡散ドーピング層 79 2次元電子ガス層 80, 81 拡散ドーピング層 82 導電層 83, 84 2次元電子ガス層 91 GaAs基板 91a, 91b ドーピング層 92 SiOx 膜 93 SiN膜 97 GaAs層 98 AlGaAs層 98a, 98bドーピング層 101 ヘテロ接合基板 101a i−GaAs層 101b i−AlGaAs層 102 拡散源 102a SiOx 膜 102b SiN膜 103 n−AlGaAs層 104 2次元電気伝導領域 105 1次元電気伝導領域 115 AlGaAs層 116 SiN層 117 SiOx 膜 118 SiN膜 119 拡散部 121 GaAs層 122 AlGaAs層 123 SiOx 膜 124 SiN膜 130 量子細線 131 GaAs基板 132 GaAs層 133 AlGaAs層 135 拡散源 136 ドーピング層 137 量子細線 138 オーミック電極 139 ショットキ電極 140 SiOx 膜 141 SiN膜 142 量子箱 151 GaAs基板 152 i−GaAs層 153 スペーサー層 154 n−AlGaAs層 155 i−AlGaAs層 156 i−GaAs層 157 高融点金属ゲート 158 サイドウォール 159 拡散源 171 GaAs基板 172 i−GaAs層 173 i−AlGaAs層 174, 175, 176 拡散源 181 GaAs基板 182 i−GaAs層 183 i−AlGaAs層 184, 185 拡散源 191 GaAs基板 192 p型GaAs 193 ポテンシャル印加用の高濃度層 194 ゲート電極 195 電子注入電極 196 電子取り出し電極1 GaAs Substrate 2 SiO x Film 3 SiN Film 11 Semiconductor Substrate 12 SiOx / SiN Laminated Film 13 Resistive Layers 13a, 13b, 13c Recess 14 Electrode 21 GaAs Substrate 22 Low Concentration Doping Layer 23 T-type Gate Electrode 24 Diffusion Source 25 SiO 2 Film 26 Highly-doped layer 27 Medium-doped layer 28 Ohmic electrode 31 GaAs substrate 32 SiO x film 33 SiN film 34 Operating layer 35 Source electrode 36 Drain electrode 37 Si 3 N 4 film 38 Gate electrode 41 Source electrode 42 Gate electrode 43 Drain electrode 44 n + layer 45 operating layer (n layer) 46 n layer 47 SiO x film 48 SiN film 50, 51 GaAs substrate 52 diffusion source 53 n layer 54 gate electrode 55 n + layer 56 ohmic electrode 57 GaAs layer 58 AlGaAs layer 61 GaAs substrate 62 SiO x film 63, 67 SiN film 64 Diffusion source 71, 72, 73 Conductive layer 74 AlGaAs layer 77 Conductive layer 78 Diffused doping layer 79 Two-dimensional electron gas layer 80, 81 Diffusion doped layer 82 Conductive layer 83, 84 2 Dimension electric Gas layer 91 GaAs substrate 91a, 91b doped layer 92 SiO x film 93 SiN film 97 GaAs layer 98 AlGaAs layer 98a, 98b doped layer 101 Heterojunction substrate 101a i-GaAs layer 101b i-AlGaAs layer 102 diffusion source 102a SiO x film 102b SiN film 103 n-AlGaAs layer 104 Two-dimensional electric conduction region 105 One-dimensional electric conduction region 115 AlGaAs layer 116 SiN layer 117 SiO x film 118 SiN film 119 Diffusion part 121 GaAs layer 122 AlGaAs layer 123 SiO x film 124 SiN film 130 Quantum Fine wire 131 GaAs substrate 132 GaAs layer 133 AlGaAs layer 135 Diffusion source 136 Doping layer 137 Quantum wire 138 Ohmic electrode 139 Schottky electrode 140 SiO x film 141 SiN film 142 Quantum box 151 GaAs substrate 152 i-GaAs layer 153 Spacer layer 154 n-AlGaAs Layer 155 i-AlGaAs layer 156 i-GaAs layer 157 Refractory metal gate 158 Sidewall 159 Diffusion 171 GaAs substrate 172 i-GaAs layer 173 i-AlGaAs layer 174, 175, 176 Diffusion source 181 GaAs substrate 182 i-GaAs layer 183 i-AlGaAs layer 184, 185 Diffusion source 191 GaAs substrate 192 p-type GaAs 193 For potential application High concentration layer 194 Gate electrode 195 Electron injection electrode 196 Electron extraction electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/06 601 H01L 29/80 E 27/04 P 29/778 29/812 (31)優先権主張番号 特願平4−183260 (32)優先日 平成4年6月16日(1992.6.16) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−186196 (32)優先日 平成4年6月18日(1992.6.18) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−186375 (32)優先日 平成4年6月19日(1992.6.19) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−186376 (32)優先日 平成4年6月19日(1992.6.19) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−312744 (32)優先日 平成4年10月27日(1992.10.27) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−316248 (32)優先日 平成4年10月30日(1992.10.30) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−310559 (32)優先日 平成4年11月19日(1992.11.19) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−345473 (32)優先日 平成4年11月30日(1992.11.30) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平5−3612 (32)優先日 平成5年1月12日(1993.1.12) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平5−5307 (32)優先日 平成5年1月14日(1993.1.14) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平5−6950 (32)優先日 平成5年1月19日(1993.1.19) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平5−54053 (32)優先日 平成5年3月15日(1993.3.15) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 藤井 栄美 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 東野 太栄 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 山田 節 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 永松 昭仁 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 黒瀬 尚 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 井上 大二朗 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松村 浩二 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−32580(JP,A) 特開 平6−204151(JP,A) 特開 平6−236895(JP,A) 電子材料,日本,1993年 1月 1 日,Vol.32,No.1,p.38−44 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 21/22 H01L 27/095 H01L 29/06 H01L 29/778 H01L 29/812 (54)【発明の名称】 ドーピング方法、半導体装置、抵抗層、電界効果型トランジスタの製造方法、半導体回路素子の 製造方法、電気伝導領域の作製方法、量子細線の形成方法、量子箱の形成方法、量子細線トラン ジスタ、半導体集積回路の製造方法、電子波干渉素子─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/06 601 H01L 29/80 E 27/04 P 29/778 29/812 (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4- 183260 (32) Priority date June 16, 1992 (June 16, 1992) (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-186196 (32) Priority date Heisei June 18, 1992 (June 18, 1992) (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-186375 (32) Priority date June 19, 1992 ( June 19, 1992 (33) Country of priority claim Japan (JP) (31) Claim number for priority right Japanese Patent Application No. 4-186376 (32) Priority date June 19, 1992 (June 19, 1992) 33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claiming number Japanese Patent Application No. 4-312744 (32) Priority date October 27, 1992 (1992.10.27) (33) Priority claiming country Japan (J (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-316248 (32) Priority date October 30, 1992 (October 30, 1992) (33) Country of priority claim Japan (JP) (31) Priority claim No. Japanese Patent Application No. 4-310559 (32) Priority date November 19, 1992 (November 19, 1992) (33) Country of priority claim Japan (JP) (31) No. Japanese Patent Application No. 4-345473 (32) Priority date November 30, 1992 (November 30, 1992) (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 5-3612 (32) Priority date 1993 January 12, 1993 (January 12, 1993) (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 5-5307 (32) Priority date January 14, 1993 (1993) 1.14) (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 5-6950 (32) Priority date January 19, 1993 (January 19, 1993) (33) ) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claiming number Japanese Patent Application No. 5-54053 (32) Priority date March 15, 1993 (1993.15) (33) Priority claiming country Japan ( JP) (72) Inventor Eimi I, 2-18, Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Denki Co., Ltd. (72) Inventor Taiei Tono 2--18, Keihanhondori, Moriguchi, Osaka Pref. Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yamada 2-18 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akihito Nagamatsu 2-18 Keihan Hondori, Moriguchi City Osaka Prefecture Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Nao Kurose Osaka 2-18 Keihanhondori, Moriguchi-shi Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Daijiro Inoue 2-18-2 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Koji Matsumura Osaka Moriguchi 2-18, Keihan Hondori, Sanyo Electric Co., Ltd. (56) Reference JP-A-49-32580 (JP, A) JP-A-6-204151 (JP, A) JP-A-6-236895 (JP, A) Electronic materials, Japan, January 1, 1993, Vol. 32, No. 1, p. 38-44 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/338 H01L 21/22 H01L 27/095 H01L 29/06 H01L 29/778 H01L 29/812 (54) [Invention title] Doping method, semiconductor device, resistance layer, field effect transistor manufacturing method, semiconductor circuit element manufacturing method, electric conduction region manufacturing method, quantum wire forming method, quantum box forming method, quantum wire transistor, semiconductor Integrated circuit manufacturing method and electron wave interference element

Claims (26)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 III−V族化合物半導体に不純物をドー
ピングする方法において、前記 III−V族化合物半導体
の結晶にノンドープのシリコン酸化膜(SiOx 膜)と
前記 III−V族化合物半導体の結晶を構成するV族原子
の外部拡散を防止する膜とを順次積層する工程と、これ
らに少なくとも1回以上の加熱処理を施すことにより、
前記 III−V族化合物半導体に前記SiOx 膜内のシリ
コン(Si)を拡散させる工程とを有し、前記SiOx
膜のxはx<2であることを特徴とするドーピング方
法。
1. A method for doping an impurity in a III-V group compound semiconductor, wherein a crystal of the III-V group compound semiconductor comprises a non-doped silicon oxide film (SiOx film) and a crystal of the III-V group compound semiconductor. a step of sequentially laminating a film for preventing the external diffusion of group V atoms to which
By applying at least one or more heat treatment al,
And a step of diffusing silicon (Si) in the SiOx in film in the group III-V compound semiconductor, the SiOx
A doping method, wherein x of the film is x <2 .
【請求項2】 前記 III−V族化合物半導体は、GaA
s系,InP系,AlAs系,AlGaAs系,InG
aAs系及びInAlAs系からなる群から少なくとも
1つ以上選ばれたものであることを特徴とする請求項1
記載のドーピング方法。
2. The III-V group compound semiconductor is GaA.
s series, InP series, AlAs series, AlGaAs series, InG
2. At least one selected from the group consisting of aAs series and InAlAs series.
The doping method described.
【請求項3】 V族原子の外部拡散を防止する前記膜
は、SiN膜,AlN膜,WSi膜及びWSiN膜から
なる群から選ばれたものであることを特徴とする請求項
1記載のドーピング方法。
3. The doping according to claim 1, wherein the film for preventing outdiffusion of group V atoms is selected from the group consisting of SiN film, AlN film, WSi film and WSiN film. Method.
【請求項4】 前記2つの膜を積層した後、これらの2
つの膜を所定領域のみ残存させるか、またはSiOx 膜
と所定領域のV族原子の外部拡散を防止する膜を残存さ
せる工程を更に有することを特徴とする請求項1記載の
ドーピング方法。
4. After stacking the two films, the two films
2. The doping method according to claim 1, further comprising the step of leaving one of the two films only in a predetermined region, or leaving the SiOx film and a film for preventing out-diffusion of group V atoms in the predetermined region.
【請求項5】 前記2つの膜を積層する際に、少なくと
も1つの膜の膜厚及び/または膜特性を変化させて、加
熱処理後のSiの拡散プロファイルを変化させることを
特徴とする請求項1記載のドーピング方法。
5. When laminating the two films, the film thickness and / or film characteristics of at least one film are changed to change the Si diffusion profile after the heat treatment. 1. The doping method according to 1.
【請求項6】 請求項1記載のドーピング方法を用いて
形成されたドーピング層を有することを特徴とする半導
体装置。
6. A semiconductor device having a doping layer formed by using the doping method according to claim 1.
【請求項7】 前記半導体装置は、電界効果型トランジ
スタ,ダイオード,抵抗層を少なくとも1つ以上有する
集積回路であることを特徴とする請求項6記載の半導体
装置。
7. The semiconductor device according to claim 6 , wherein the semiconductor device is an integrated circuit having at least one or more field effect transistors, diodes, and resistance layers.
【請求項8】 前記半導体装置は、2次元または1次元
電子ガス層を有する量子効果素子,0次元の量子箱,及
び電子波の干渉を用いた素子からなる群から選ばれたも
のであることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
8. The semiconductor device is selected from the group consisting of a quantum effect element having a two-dimensional or one-dimensional electron gas layer, a zero-dimensional quantum box, and an element using electron wave interference. 7. The semiconductor device according to claim 6 , wherein:
【請求項9】 電極間の半導体層表面に不純物を拡散し
て形成された抵抗層において、前記半導体層に凹部を備
え、該凹部の側面及び底面に請求項1記載のドーピング
法を用いて不純物が拡散されており、前記凹部は、前記
電極間を流れる電流の距離及びそれが流れる部分の断面
積が所定値であるような側面面積を有していることを特
徴とする抵抗層。
9. A resistance layer formed by diffusing impurities on a surface of a semiconductor layer between electrodes, wherein the semiconductor layer is provided with a recess, and a side surface and a bottom surface of the recess are formed by using the doping method according to claim 1. Is diffused, and the recess has a side surface area such that a distance of a current flowing between the electrodes and a cross-sectional area of a portion where the current flows are predetermined values.
【請求項10】 III−V族化合物からなる基板表面
に、ゲート電極直下の低濃度ドーピング層と、ソース・
ドレイン領域の高濃度ドーピング層と、前記低,高濃度
ドーピング層間の中濃度ドーピング層とを有する電界効
果型トランジスタを製造する方法において、前記基板表
面に低濃度ドーピング層を形成する工程と、該低濃度ド
ーピング層の上面中央にゲート電極を形成する工程と、
ノンドープのSiOx 膜及びV族原子拡散防止膜を前記
低濃度ドーピング層の上面に形成する工程と、前記低濃
度ドーピング層の両端部に高濃度ドーピング層を形成す
る工程と、熱処理により前記SiOx 膜内のSiを前記
基板に拡散させて、前記ゲート電極の下側を除く前記低
濃度ドーピング層に中濃度ドーピング層を形成する工程
と、前記高濃度ドーピング層の上面にオーミック電極を
形成する工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2で
あることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方
法。
10. A low-concentration doping layer immediately below a gate electrode and a source / source layer formed on a substrate surface made of a III-V group compound.
In a method of manufacturing a field effect transistor having a high-concentration doping layer in a drain region and a medium-concentration doping layer between the low- and high-concentration doping layers, a step of forming a low-concentration doping layer on the substrate surface, Forming a gate electrode in the center of the upper surface of the concentration doping layer,
Forming a SiOx film and a Group V atom diffusion preventing film doped to an upper surface of the lightly doped layer, said forming a highly doped layer on both end portions of the lightly doped layer, the SiOx film by heat treatment Si of the above
Is diffused into the substrate, possess a step of forming a medium-concentration doped layer in the lightly doped layer except the lower side of the gate electrode, and forming an ohmic electrode on the upper surface of the high-concentration doped layer, wherein X of the SiOx film is x <2
A method for manufacturing a field effect transistor , characterized by being present.
【請求項11】 III−V族の化合物半導体基板を用い
て電界効果型トランジスタを製造する方法において、前
記化合物半導体基板を選択的に略垂直にエッチングする
工程と、選択的にエッチングされた化合物半導体基板の
側面及び上面にノンドープのSiOx 膜及びV族原子拡
散防止膜の積層膜を形成する工程と、該積層膜が形成さ
れた化合物半導体基板に熱処理を施して前記SiOx 膜
内のSiを化合物半導体基板に拡散させて動作層を形成
する工程と、化合物半導体基板の上面の動作層上にソー
ス電極,ドレイン電極を形成する工程と、化合物半導体
基板の側面の動作層上にゲート電極を形成する工程とを
し、前記SiOx 膜のxはx<2であることを特徴と
する電界効果型トランジスタの製造方法。
11. A method of manufacturing a field effect transistor using a III-V group compound semiconductor substrate, the step of selectively etching the compound semiconductor substrate substantially vertically, and the selectively etched compound semiconductor. A step of forming a laminated film of a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film on the side surface and the upper surface of the substrate, and heat-treating the compound semiconductor substrate having the laminated film formed thereon to form the SiOx film.
Forming an operating layer by diffusing a compound semiconductor substrate of Si inner, source electrode on a compound semiconductor substrate of the upper surface of the operation layer, and forming a drain electrode, on the active layer side of the compound semiconductor substrate It has a step of forming a gate electrode, a field effect type method for producing a transistor, wherein x of the SiOx film is x <2.
【請求項12】 III−V族の化合物半導体基板に動作
層と不純物拡散層とを有し、前記動作層上にゲート電極
が設けられ、前記不純物拡散層上にソース電極及びドレ
イン電極が設けられている電界効果型トランジスタを製
造する方法において、 III−V族の化合物半導体基板に
エッチングを施して段差部を形成する工程と、段差部上
部に前記動作層を形成する工程と、化合物半導体基板の
段差部側部及び段差部下部にノンドープのSiOx 膜及
びV族原子拡散防止膜の積層膜を形成する工程と、該積
層膜が形成された化合物半導体基板に熱処理を施して
記SiOx 膜内のSiを化合物半導体基板に拡散させて
前記不純物拡散層を形成する工程とを有し、前記SiO
x 膜のxはx<2であることを特徴とする電界効果型ト
ランジスタの製造方法。
12. A III-V group compound semiconductor substrate has an operation layer and an impurity diffusion layer, a gate electrode is provided on the operation layer, and a source electrode and a drain electrode are provided on the impurity diffusion layer. In the method for manufacturing a field effect transistor, a step of forming a step portion by etching a III-V group compound semiconductor substrate, a step of forming the operation layer above the step portion, and before subjected forming a laminated film of the step portion side and the stepped portion lower non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film, the heat treatment compound semiconductor substrate laminated film is formed
The Si in the serial SiOx film to diffuse into the compound semiconductor substrate possess and forming the impurity diffusion layer, the SiO
A method of manufacturing a field effect transistor, wherein x of the x film is x <2 .
【請求項13】 III−V族化合物半導体基板に、不純
物濃度が異なる複数のドーピング層を備える電界効果型
トランジスタを製造する方法において、前記III−V族
化合物半導体基板上に、ノンドープのSiOx 膜とV族
原子拡散防止膜とをこの順に積層する工程と、熱処理を
施して前記 III−V族化合物半導体基板中に前記SiO
x 膜内のSiを拡散させてドーピング層を形成する工程
と、所要領域の前記SiOx 膜及び前記V族原子拡散防
止膜を除去する工程と、さらに熱処理を施して、前記S
iOx 膜及び前記V族原子拡散防止膜が存在する領域
に、前記ドーピング層よりも不純物濃度が高いドーピン
グ層を形成する工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx
<2であることを特徴とする電界効果型トランジスタの
製造方法。
13. A method for manufacturing a field effect transistor comprising a plurality of doping layers having different impurity concentrations on a III-V compound semiconductor substrate, wherein a non-doped SiOx film and a non-doped SiOx film are formed on the III-V compound semiconductor substrate. A step of stacking a group V atom diffusion preventing film in this order and a heat treatment are performed to form the SiO in the III-V compound semiconductor substrate.
a step of diffusing Si in the x film to form a doping layer, a step of removing the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film in a required region, and a heat treatment to obtain the S
a region iOx film and the Group V atom diffusion preventing film exists, have a forming a high doping layer impurity concentration than the doping layer, x of the SiOx film x
<2 . A method for manufacturing a field effect transistor, wherein <2 .
【請求項14】 III−V族化合物半導体に不純物をド
ーピングし、抵抗値が異なる導電層を有する半導体回路
素子を製造する方法において、前記 III−V族化合物半
導体上にノンドープのSiOx 膜とV族原子拡散防止膜
とをこの順に形成する工程と、抵抗値が高い導電層を形
成する部分の前記V族原子拡散防止膜の厚みを削減する
工程と、この III−V族化合物半導体に熱処理を施して
III−V族化合物半導体中に前記SiOx 膜内のSiを
拡散させる工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2
であることを特徴とする半導体回路素子の製造方法。
14. A method for manufacturing a semiconductor circuit device having a conductive layer having different resistance values by doping a III-V group compound semiconductor with impurities, wherein a non-doped SiOx film and a V group group are formed on the III-V group compound semiconductor. A step of forming an atomic diffusion preventive film in this order, a step of reducing the thickness of the group V atomic diffusion preventive film in a portion where a conductive layer having a high resistance value is formed, and a heat treatment of the III-V group compound semiconductor. hand
It possesses a step of diffusing Si of the SiOx in film III-V compound semiconductor, x of the SiOx film x <2
A method for manufacturing a semiconductor circuit element, comprising:
【請求項15】 III−V族化合物半導体に不純物をド
ーピングし、抵抗値が異なる導電層を有する半導体回路
素子を製造する方法において、 III−V族化合物半導体
であるノンドープの狭禁止帯半導体層上に広禁止帯半導
体層を形成してヘテロ接合層を形成する工程と、該ヘテ
ロ接合層上にノンドープのSiOx 膜とV族原子拡散防
止膜とをこの順に形成する工程と、抵抗値が高い導電層
を形成する部分の前記V族原子拡散防止膜の厚みを削減
する工程と、この III−V族化合物半導体に熱処理を施
して III−V族化合物半導体中に前記SiOx 膜内の
iを拡散させる工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx
<2であることを特徴とする半導体回路素子の製造方
法。
15. A method for manufacturing a semiconductor circuit device having a conductive layer having different resistance values by doping a III-V group compound semiconductor with impurities, wherein the non-doped narrow bandgap semiconductor layer is a III-V group compound semiconductor. A wide forbidden band semiconductor layer to form a heterojunction layer, a step of forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion prevention film in this order on the heterojunction layer, and a conductive material having a high resistance value. A step of reducing the thickness of the group V atom diffusion preventing film in the portion where the layer is formed, and heat treatment of the group III-V compound semiconductor to form S in the SiOx film in the group III-V compound semiconductor.
The i possess a step of diffusing, x of the SiOx film x
<2 . A method for manufacturing a semiconductor circuit element, characterized in that
【請求項16】 III−V族化合物半導体層中に形成さ
れたドーピング層をチャネル層または電子供給層として
備える電界効果型トランジスタを製造する方法におい
て、 III−V族化合物半導体層上にノンドープのSiO
x 膜とV族原子拡散防止膜とをこの順に形成する工程
と、熱処理を施して前記 III−V族化合物半導体層中に
前記SiOx 膜内のSiを拡散させ前記ドーピング層を
形成する工程と、前記ドーピング層にさらに熱処理を施
して、ドーピング層中のSiを前記III−V族化合物半
導体層中にさらに拡散させてドーピング層を厚くする工
程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2であることを
特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
16. A method for manufacturing a field effect transistor comprising a doping layer formed in a III-V compound semiconductor layer as a channel layer or an electron supply layer, comprising a non-doped SiO 2 layer on the III-V compound semiconductor layer.
a step of forming an x film and a group V atom diffusion preventing film in this order, and heat treatment to form a film in the III-V group compound semiconductor layer.
A step of diffusing Si in the SiOx film to form the doping layer, and further subjecting the doping layer to a heat treatment to further diffuse Si in the doping layer into the III-V compound semiconductor layer; <br /> method for producing a field effect transistor, characterized in that the possess a step of thick, x of the SiOx film is x <2.
【請求項17】 III−V族化合物半導体に不純物を注
入して、1次元または2次元の電気伝導領域を作製する
方法において、前記 III−V族化合物半導体にノンドー
プのSiOx 膜とV族拡散防止膜とをこの順に形成する
工程と、前記電気伝導領域を形成すべき部分以外の前記
V族拡散防止膜を除去する工程と、熱処理を施して前記
III−V族化合物半導体中に前記SiOx 膜内のSiを
拡散させる工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2
であることを特徴とする電気伝導領域の作製方法。
17. A method for injecting an impurity into a III-V compound semiconductor to form a one-dimensional or two-dimensional electric conduction region, wherein a non-doped SiOx film and a V-group diffusion preventive are provided in the III-V compound semiconductor. A step of forming a film in this order, a step of removing the group V diffusion prevention film other than a portion where the electric conduction region is to be formed, and a heat treatment
It possesses a step of diffusing Si of the SiOx in film III-V compound semiconductor, x of the SiOx film x <2
The method for manufacturing a conductive region, characterized in that it.
【請求項18】 量子細線を形成する方法において、 I
II−V族化合物半導体基板上にSi拡散防止層を形成し
て段差を設ける工程と、該Si拡散防止層上にノンドー
プのSiOx 膜とV族原子拡散防止膜とをこの順に形成
する工程と、前記SiOx 膜及び前記V族原子拡散防止
膜の、前記段差の側壁に形成された部分以外を除去する
工程と、これらの工程を経た基板を加熱して、前記Si
Ox 膜から前記 III−V族化合物半導体基板へ、それら
の接触面を介してSiを拡散せしめ、量子細線を形成す
る工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2であるこ
とを特徴とする量子細線の形成方法。
18. A method of forming a quantum wire, comprising:
A step of forming a Si diffusion preventing layer on a II-V compound semiconductor substrate to form a step, and a step of forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film in this order on the Si diffusion preventing layer, Steps of removing the portions of the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film other than those formed on the sidewalls of the step, and heating the substrate that has undergone these steps to remove the Si
From Ox film to the Group III-V compound semiconductor substrate, allowed diffusion of Si through their contact surfaces, have a forming a quantum wire, x of the SiOx film x <2 Dearuko
And a method for forming a quantum wire characterized by:
【請求項19】 量子細線を形成する方法において、相
異なる複数の III−V族化合物半導体が共に同側の表面
に現れている基板の前記表面にノンドープのSiOx 膜
とV族原子拡散防止膜とをこの順に形成する工程と、加
熱処理を施して前記SiOx 膜からSiを拡散せしめ、
III−V族化合物半導体夫々に深さ方向に差を有する拡
散部を形成する工程と、深い方の拡散部を残存させるべ
く前記基板の表面側の部分を除去して、残存する拡散部
近傍に形成される1次元電子ガスを量子細線とする工程
とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2であることを
徴とする量子細線の形成方法。
19. In the method for forming a quantum wire, a non-doped SiOx film and a V-group atom diffusion prevention film are formed on the surface of a substrate on which a plurality of different III-V group compound semiconductors both appear on the same surface. And a heat treatment to diffuse Si from the SiOx film,
A step of forming a diffusion portion having a difference in the depth direction in each of the III-V group compound semiconductors, and removing a portion on the front surface side of the substrate so that the deeper diffusion portion remains so that the diffusion portion near the remaining diffusion portion is formed. 1-dimensional electron gas possess a step of the quantum wire to, x of the SiOx film forming method of a quantum wire according to Patent <br /> symptoms that the x <2 is formed.
【請求項20】 チャネル層におけるキャリアの移動方
向が1次元的である量子細線を形成する方法において、
基板上に、 III−V族化合物半導体からなる狭禁止帯半
導体層及び広禁止帯半導体層をこの順に積層する工程
と、該広禁止帯半導体層の面方位依存性を利用したエッ
チングにより断面形状を鋸歯状に加工する工程と、この
鋸歯状に加工された広禁止帯半導体層上にノンドープの
SiOx膜及びV族原子拡散防止膜をこの順に形成する
工程と、熱処理を行って前記広禁止帯半導体層表面に
記SiOx 膜内のSiを拡散させてドーピング層を形成
する工程と、該ドーピング層の鋸歯状の凹部下に位置す
る狭禁止帯半導体層にのみチャネル層を形成して量子細
線とする工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2で
あることを特徴とする量子細線の形成方法。
20. A method of forming a quantum wire in which a carrier moving direction in a channel layer is one-dimensional,
A cross-sectional shape is formed by a step of stacking a narrow bandgap semiconductor layer and a wide bandgap semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor in this order on a substrate and etching by utilizing the plane orientation dependence of the wide bandgap semiconductor layer. A step of processing into a sawtooth shape, a step of forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film in this order on the sawtooth-shaped wide bandgap semiconductor layer, and heat treatment to perform the wideband band semiconductor. In front of layer surface
The step of diffusing Si in the SiOx film to form a doping layer and the step of forming a channel layer only in the narrow band gap semiconductor layer located below the sawtooth-shaped recess of the doping layer to form a quantum wire. Yes and, x of the SiOx film in the x <2
A method for forming a quantum wire , characterized by being present.
【請求項21】 チャネル層におけるキャリアを3次元
方向に閉じ込めた量子箱を形成する方法において、基板
上に、 III−V族化合物半導体からなる狭禁止帯半導体
層及び広禁止帯半導体層をこの順に積層する工程と、該
広禁止帯半導体層の面方位依存性を利用したエッチング
により鋸歯状に加工する工程と、この鋸歯状に加工され
た広禁止帯半導体層上にノンドープのSiOx 膜を形成
する工程と、さらに量子箱を形成する位置にV族原子拡
散防止膜を形成する工程と、熱処理を行って前記広禁止
帯半導体層表面の所要領域に前記SiOx 膜内のSiを
拡散させてドーピング層を形成する工程と、前記鋸歯状
の凹部下であり且つ前記ドーピング層下である位置の狭
禁止帯半導体層にのみチャネル層を形成して量子箱とす
る工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx<2であるこ
とを特徴とする量子箱の形成方法。
21. A method of forming a quantum box in which carriers in a channel layer are confined in a three-dimensional direction, wherein a narrow bandgap semiconductor layer and a wide bandgap semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor are provided on a substrate in this order. A step of laminating, a step of processing into a sawtooth shape by etching utilizing the plane orientation dependency of the wide forbidden band semiconductor layer, and a step of forming a non-doped SiOx film on the wide bandgap semiconductor layer processed into the sawtooth shape A step of forming a group V atom diffusion preventing film at a position where a quantum box is formed, and a heat treatment to diffuse Si in the SiOx film to a required region on the surface of the wide bandgap semiconductor layer and a doping layer. forming a said serrated are under the recess and only by forming a channel layer on the narrow bandgap semiconductor layer position is below the doped layer have a a step of a quantum box, the x of iOx film x <2 Dearuko
And a method for forming a quantum box characterized by:
【請求項22】 電極下のチャネル層として量子細線を
備える量子細線トランジスタにおいて、基板上に形成さ
れた狭禁止帯半導体層と、該狭禁止帯半導体層上に形成
され、断面形状が鋸歯状をなす広禁止帯半導体層と、該
鋸歯状をなす広禁止帯半導体層表面に、請求項1記載の
ドーピング法を用いて形成されたドーピング層と、該ド
ーピング層の鋸歯状凹部下にのみ形成された量子細線
と、前記鋸歯状の凹凸に交叉する方向に前記広禁止帯半
導体層上に形成された電極とを備えることを特徴とする
量子細線トランジスタ。
22. In a quantum wire transistor including a quantum wire as a channel layer under an electrode, a narrow bandgap semiconductor layer formed on a substrate, and a cross-sectional shape formed in a sawtooth shape formed on the narrow bandgap semiconductor layer. A wide bandgap semiconductor layer formed, and a doping layer formed on the surface of the wide bandgap semiconductor layer having a sawtooth shape by the doping method according to claim 1, and formed only under the sawtooth recessed portion of the doping layer. A quantum wire transistor, comprising: a quantum wire; and an electrode formed on the wide bandgap semiconductor layer in a direction intersecting the saw-toothed concavities and convexities.
【請求項23】 基板上に不純物濃度が異なる部分を有
する拡散層を備え、該拡散層の上に電極を備える半導体
回路素子を製造する方法において、基板上に、 III−V
族化合物からなる半導体層を形成する工程と、該半導体
層上に被覆幅が異なる複数の遮蔽物を所定寸法を隔てて
形成する工程と、該遮蔽物の表面と該遮蔽物がない前記
半導体層の表面とにノンドープのSiOx 膜及びV族原
子拡散防止膜をこの順に形成する工程と、熱処理を行い
前記半導体層に前記SiOx 膜内のSiを拡散させて拡
散層を形成する工程とを有し、前記SiOx 膜のxはx
<2であることを特徴とする半導体回路素子の製造方
法。
23. A method of manufacturing a semiconductor circuit device, comprising: a diffusion layer having portions having different impurity concentrations on a substrate; and electrodes provided on the diffusion layer.
Forming a semiconductor layer made of a group compound, forming a plurality of shields having different coating widths on the semiconductor layer with a predetermined distance, and the surface of the shield and the semiconductor layer having no shield. possess a step of a SiOx film and a group V atom diffusion preventing film formed in this order on the surface undoped of, and forming a diffusion layer by diffusing Si in the SiOx film into the semiconductor layer by heat treatment , X of the SiOx film is x
<2 . A method for manufacturing a semiconductor circuit element, characterized in that
【請求項24】 III−V族化合物半導体に不純物をド
ーピングし、複数の素子を形成して半導体集積回路を製
造する方法において、基板上に III−V族化合物半導体
であるノンドープの狭禁止帯半導体層及び広禁止帯半導
体層をこの順に形成してヘテロ接合層を形成する工程
と、所要領域の広禁止帯半導体層を除去して狭禁止帯半
導体層を露出させる工程と、これら狭禁止帯半導体層及
び広禁止帯半導体層上にノンドープのSiOx 膜とV族
原子拡散防止膜とをこの順に形成する工程と、熱処理を
施して III−V族化合物半導体中に前記SiOx 膜内の
Siを拡散させドーピング層を形成する工程と、該ドー
ピング層上に電極を形成する工程とを有し、前記SiO
x 膜のxはx<2であることを特徴とする半導体集積回
路の製造方法。
24. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit by doping a group III-V compound semiconductor with impurities to form a plurality of devices, wherein a non-doped narrow bandgap semiconductor which is a group III-V compound semiconductor is formed on a substrate. A layer and a wide bandgap semiconductor layer in this order to form a heterojunction layer; a step of removing the wide bandgap semiconductor layer in a required region to expose the narrow bandgap semiconductor layer; Forming a non-doped SiOx film and a group V atom diffusion preventing film on the layer and the wide band gap semiconductor layer in this order, and performing a heat treatment to diffuse Si in the SiOx film into the III-V compound semiconductor. forming a doping layer, and forming an electrode on the doped layer possess, the SiO
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit, wherein x of the x film is x <2 .
【請求項25】 III−V族化合物半導体に不純物をド
ーピングし、複数の素子を形成して半導体集積回路を製
造する方法において、基板上に III−V族化合物半導体
であるノンドープの狭禁止帯半導体層及び広禁止帯半導
体層をこの順に形成してヘテロ接合層を形成する工程
と、所要領域の広禁止帯半導体層をその厚み方向におい
て一部除去する工程と、この膜厚が異なる広禁止帯半導
体層上にSiOx 膜とV族原子拡散防止膜とを形成する
工程と、熱処理を施して III−V族化合物半導体中に
記SiOx 膜内のSiを拡散させドーピング層を形成す
る工程と、該ドーピング層上に電極を形成する工程とを
し、前記SiOx 膜のxはx<2であることを特徴と
する半導体集積回路の製造方法。
25. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit by doping a III-V group compound semiconductor with impurities to form a plurality of elements, wherein a non-doped narrow bandgap semiconductor which is a III-V group compound semiconductor is formed on a substrate. Layer and a wide bandgap semiconductor layer in this order to form a heterojunction layer, a step of partially removing the wide bandgap semiconductor layer in a required region in the thickness direction, and a wide bandgap having a different thickness. forming the SiOx film and the group V atom diffusion preventing film on a semiconductor layer, prior to the III-V compound semiconductor by heat treatment
Forming a serial doping layer is diffused Si in SiOx film, possess and forming an electrode on the doping layer, x of the SiOx film is a semiconductor integrated which is a x <2 Circuit manufacturing method.
【請求項26】 化合物半導体の表面近傍に複数の電子
波の経路を有する電子波干渉素子において、前記経路
が、請求項1記載のドーピング法を用いて形成された高
濃度層であることを特徴とする電子波干渉素子。
26. In an electron wave interference device having a plurality of electron wave paths in the vicinity of the surface of a compound semiconductor, the path is a high concentration layer formed by using the doping method according to claim 1. Electron wave interference element.
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