JPH0223626A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

Info

Publication number
JPH0223626A
JPH0223626A JP17266188A JP17266188A JPH0223626A JP H0223626 A JPH0223626 A JP H0223626A JP 17266188 A JP17266188 A JP 17266188A JP 17266188 A JP17266188 A JP 17266188A JP H0223626 A JPH0223626 A JP H0223626A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound semiconductor
iii
layer
doped
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17266188A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Goshima
五島 滋雄
Hiroshi Kakibayashi
柿林 博司
Toshiyuki Usagawa
利幸 宇佐川
Masahiko Kawada
河田 雅彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP17266188A priority Critical patent/JPH0223626A/en
Publication of JPH0223626A publication Critical patent/JPH0223626A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To lower contact resistance on a hetero-interface by selectively forming a graded layer in a specified region in the depth direction after crystal growth. CONSTITUTION:Undoped GaAs 2, undoped Al0.3Ga0.7As (20nm) 3, Si-doped Al0.3 Ga0.7As (21nm) 4 and Si-doped GaAs are epitaxial-grown successively onto a semi-insulating substrate 1 through an MBE method. An SiO2 film 7 is deposited onto a crystal surface through a CVD method, and annealed in an H2 air flow. 800 deg.C and fifteen min are used as the conditions of annealing. The disordered state is brought between the Si-doped Al0.3Ga0.7As 4 and the Si-doped GaAs 5 through annealing, and a graded layer 6 is shaped. Since the thickness of the graded layer 6 on a hetero-interface coincides with the diffusion length of Si, the film thickness of the Si-doped Al0.3Ga0.7As 4 is brought to 35nm and the film thickness of the undoped Al0.3Ga0.7As 3 to 6nm by Si diffused from the Si-doped Al0.3Ga0.7As 4 to the undoped Al0.3Ga0.7As 3. Each electrode of a source, a drain and a gate is formed through a normal method, thus shaping a field-effect transistor.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヘテロ接合を用いた半導体装置の製造方法に
係り、特に寄生抵抗の小さい電界効果トランジスタに好
適な■−■族化合物半導体から成る半導体装置の製造方
法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device using a heterojunction, and is made of a ■-■ group compound semiconductor suitable for a field effect transistor with particularly low parasitic resistance. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、m−v族化合物半導体として良く知られたAfl
GaAs/GaAsヘテロ構造FETにおいてバンド不
連続によるコンタクト抵抗を低減化するため、MBEに
よる結晶成長時にGaAs層と接するAn G a A
 s層の組成をグレーディト(Graded)にする構
造が用いられている。なお、この種のグレーディト構造
に関連するものには、例えば第48回応用物理学会学術
講演会予稿集17p−Z F −8,1987年が挙げ
られる。
Afl, which has been well known as an m-v group compound semiconductor,
In order to reduce contact resistance due to band discontinuity in a GaAs/GaAs heterostructure FET, An Ga A in contact with the GaAs layer is grown during crystal growth by MBE.
A structure in which the composition of the s layer is graded is used. Incidentally, examples related to this type of graded structure include Proceedings of the 48th Japan Society of Applied Physics Academic Conference 17p-Z F-8, 1987.

また、イオン打込等でヘテロ界面を無秩序化する技術も
例えば、応用物理学会誌第25巻、第5号、第L385
〜L387頁、1986年(J apanese of
Applied Physics vol、25. N
o、5. ppL385〜L387 (1986))に
最近報告されている。
In addition, techniques for disordering hetero-interfaces by ion implantation etc. are also available, for example, in Journal of Applied Physics, Vol. 25, No. 5, L385.
~L387 pages, 1986 (Japanese of
Applied Physics vol, 25. N
o, 5. ppL385-L387 (1986)).

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

上記従来技術は、MB E (Molecular B
eamE pitaxy分子線エピタキシの略)により
八〇、GaAsのグレーディト構造を作製するが、この
方法ではAnセルの温度を変化させることによりAn組
成を傾斜させるため同時に成長速度も変化し膜厚の制御
が極めて困難である。
The above conventional technology is based on MBE (Molecular B
A graded structure of GaAs is fabricated by eamE (abbreviation of molecular beam epitaxy), but in this method, the An composition is graded by changing the temperature of the An cell, so the growth rate is also changed at the same time, making it difficult to control the film thickness. It is extremely difficult.

また、イオン打込によりヘテロ界面を無秩序化すること
によりグレーディト層を形成する方法では、打込んだイ
オンを用いるため、深さ方向に必要な領域にのみ選択的
にグレーディト層を形成することができず、目的領域外
にまで打込イオンが拡散してしまうことから短チヤネル
効果等の影響が生ずるという問題があった。このように
、発明が解決すべき課題は、グレーディト層の膜厚の制
御と、多層エピタキシャル構造内の深さ方向における特
定領域にのみ正確にグレーディト層を形成することにあ
る。
In addition, in the method of forming a graded layer by disordering the hetero-interface by ion implantation, since implanted ions are used, it is possible to selectively form a graded layer only in the required region in the depth direction. First, there is a problem in that the implanted ions diffuse outside the target area, resulting in effects such as short channel effects. As described above, the problem to be solved by the invention is to control the thickness of the graded layer and to accurately form the graded layer only in a specific region in the depth direction within the multilayer epitaxial structure.

本発明の目的は、上記課題を解決することにあり、膜厚
制御が可能でかつ、深さ方向に予め定められた領域にの
み選択的にグレーディト層を形成することのできる半導
体装置の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and is a method for manufacturing a semiconductor device in which film thickness can be controlled and a graded layer can be selectively formed only in a predetermined region in the depth direction. Our goal is to provide the following.

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

上記目的は、半導体基板上に、導電型を決定する不純物
元素のドープされたI−V族化合物半導体層と、前記■
−■族化合物層とヘテロ接合を形成し、かつ前記不純物
元素と同一不純物元素がド−プされた■−■族化合物半
導体層とを順次エピタキシャル成長させる工程と、次い
で前記■−■族化合物半導体層上に前記m−v族化合物
半導体を構成する■族元素が後のアニール工程で容易に
拡散し得るキャップ層を形成する工程と、かくして得ら
れた多層膜構造体を非酸化性雰囲気中でアニールするこ
とにより、前記ヘテロ接合の形成された界面に無秩序化
され、かつ厚さ方向に■族元素が濃度勾配を有するグレ
ーディト層を形成する工程とを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法により、 また、半導体基板上に、第1のm−v族化合物半導体層
と、前記第1のI[−V族化合物半導体層とヘテロ接合
を形成する第2の■−■族化合物半導体層と、導電型を
決定する不純物元素のドープされた前記第2のm−v族
化合物半導体と同種の化合物半導体から成る第3のm−
v族化合物半導体層と、前記第3のm−v族化合物半導
体層とヘテロ接合を形成する前記不純物元素と同一不純
物元素がドープされた前記第1の■−■族化合物半導体
と同種の化合物半導体から成る第4のm−v族化合物半
導体層とを順次エピタキシャル成長させる工程と、次い
で前記第4の■−■族化合物半導体層上に前記第4のm
−v族化合物半導体を構成する■族元素が後のアニール
工程で容易に拡散し得るキャップ層を形成する工程と、
かくして得られた多層膜構造体を非酸化性雰囲気中でア
ニルすることにより、前記第3、第4の■−■族化合物
半導体層間に無秩序化され、かつ厚さ方向に■族元素が
濃度勾配を有するグレーディト層を形成する工程とを有
することを特徴とする半導体装置の製造方法により、達
成される。
The above object is to provide a group IV compound semiconductor layer doped with an impurity element that determines the conductivity type on a semiconductor substrate;
- A step of sequentially epitaxially growing a ■-■ group compound semiconductor layer which forms a heterojunction with the ■-group compound semiconductor layer and is doped with the same impurity element as the impurity element, and then the step of forming a heterojunction with the ■-■ group compound semiconductor layer; A step of forming a cap layer on top of which the group (I) elements constituting the m-v group compound semiconductor can be easily diffused in a subsequent annealing step, and annealing the thus obtained multilayer film structure in a non-oxidizing atmosphere. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of: forming a graded layer which is disordered at the interface where the heterojunction is formed and has a concentration gradient of group (I) elements in the thickness direction; , Further, a first m-v group compound semiconductor layer and a second ■-■ group compound semiconductor layer forming a heterojunction with the first I[-V group compound semiconductor layer, on the semiconductor substrate, a third m-v group compound semiconductor doped with an impurity element that determines the conductivity type and made of a compound semiconductor of the same type as the second m-v group compound semiconductor;
a compound semiconductor of the same type as the first ■-■ group compound semiconductor doped with the same impurity element as the impurity element forming a heterojunction with the V group compound semiconductor layer and the third M-V group compound semiconductor layer; A step of sequentially epitaxially growing a fourth m-v group compound semiconductor layer consisting of
- a step of forming a cap layer in which the group II elements constituting the group V compound semiconductor can be easily diffused in a subsequent annealing step;
By annealing the thus obtained multilayer film structure in a non-oxidizing atmosphere, disorder is created between the third and fourth group ■-■ compound semiconductor layers, and a concentration gradient of group ■ elements is created in the thickness direction. This is achieved by a method for manufacturing a semiconductor device, which is characterized by comprising the steps of: forming a graded layer having the following steps:

上記半導体基板としては、例えば半絶縁性GaAs基板
に代表される化合物半導体基板が用いられるが、これに
限らすI[I−V族化合物半導体がエピタキシャル成長
し得るものであればいずれのものでもよい。また、上記
第1のIII −V族化合物半導体としては、例えばG
aAs、第2の■−■族化合物半導体としては、例えば
AIl、Ga□−、A sのごとく第1の■−■族化合
物半導体の■族元素Gaの一部を他の■族元素であるM
で置換した混晶系が挙げられるが、これらGaAs系に
限らず他の化合物系でもよいことは云うまでもない。さ
らにまた、第1、第2のm−v族化合物半導体と同種の
化合物半導体から成る第4、第3のm−v族化合物半導
体層にドープする不純物元素は、導電型を決定するもの
であり、n型もしくはp型不純物元素が用いられ、本件
明細書ではn型不純物であるSiを用いた例について説
明する。
The semiconductor substrate used is, for example, a compound semiconductor substrate typified by a semi-insulating GaAs substrate, but is not limited to this, and may be any substrate as long as a group I[IV compound semiconductor can be grown epitaxially. Further, as the first III-V compound semiconductor, for example, G
aAs, the second ■-■ group compound semiconductor, for example, a part of the ■-group element Ga of the first ■-■ group compound semiconductor, such as AIl, Ga□-, As, is replaced by another group-■ group element. M
Examples include mixed crystal systems substituted with GaAs, but it goes without saying that this is not limited to these GaAs systems, and other compound systems may also be used. Furthermore, the impurity element doped into the fourth and third m-v group compound semiconductor layers, which are made of the same type of compound semiconductor as the first and second m-v group compound semiconductors, determines the conductivity type. , n-type or p-type impurity elements are used, and in this specification, an example using Si, which is an n-type impurity, will be explained.

また、上記キャップ層としては、グレーデイ1く層形成
時のアニール時に、下地の化合物半導体構成元素例えば
Asが、蒸発するのを防止すると共にグレーディト層形
成を促進するために例えば下地のGaのごとき■族元素
がキャップ層内に容易に拡散する性質を有する絶縁物で
あればいずれでもよく、ここでは5in2膜を例にして
説明する。
The above-mentioned cap layer may be made of, for example, Ga in the base to prevent the underlying compound semiconductor constituent elements, such as As, from evaporating during annealing during the formation of the grade 1 layer, and to promote the formation of the graded layer. Any insulator may be used as long as it has the property that group elements can be easily diffused into the cap layer, and a 5in2 film will be described here as an example.

さらにまた、■−■族化合物半導体の各層のエピタキシ
ャル成長は、周知のMBEもしくはMOCVD (有機
金属CVD)により容易に形成することができる。キャ
ップ層の例えばSjO□膜は、半導体装置製造プロセス
における絶縁膜の形成で汎用されているCVDにより容
易に形成することができる。グレーディト層形成時のア
ニール条件としては、積層膜構造体が酸化されない非酸
化性雰囲気、すなわち中性もしくは水素ガス等の還元性
ガス雰囲気が用いられる。また、グレーディト層の厚さ
の制御は、アニール温度と時間との少なくとも一方を任
意に調整することにより容易に行うことができる。
Furthermore, the epitaxial growth of each layer of the ■-■ group compound semiconductor can be easily formed by well-known MBE or MOCVD (organometallic CVD). The cap layer, for example, an SjO□ film, can be easily formed by CVD, which is commonly used for forming insulating films in semiconductor device manufacturing processes. As the annealing conditions for forming the graded layer, a non-oxidizing atmosphere in which the laminated film structure is not oxidized, that is, a neutral or reducing gas atmosphere such as hydrogen gas, is used. Further, the thickness of the graded layer can be easily controlled by arbitrarily adjusting at least one of the annealing temperature and time.

このグレーディト層の好ましい厚さは、適用する半導体
装置のタイプにより多少異なるが例えばFETの場合に
は30nm以下、より好ましくは15±5nm程度であ
る。
The preferred thickness of this graded layer varies somewhat depending on the type of semiconductor device to which it is applied, but for example, in the case of an FET, it is 30 nm or less, more preferably about 15±5 nm.

なお、本発明においては、アニールにより、不純物元素
がドープされた第1、第2のIII−V族化合物半導体
と同種の化合物半導体から成る第4、第3のm−v族化
合物半導体層の界面を無秩序化し、グレーディト層を形
成するものであるが、必要によりこの界面にあらかじめ
アンドープの第1、第2の■−■族化合物半導体と同種
の化合物半導体層の少なくとも1層から成る薄膜をスペ
ーサとして介在させることもできる。ただし、このスペ
ーサもアニール時には無秩序化される厚みでなければな
らず、したがってその厚みは、スペーサを介在させない
場合に形成されるグレーディト層の厚み以内にとどめる
べきである。
In the present invention, the interface between the fourth and third m-v group compound semiconductor layers made of the same type of compound semiconductor as the first and second III-V group compound semiconductors doped with an impurity element is formed by annealing. If necessary, a thin film consisting of at least one layer of an undoped first and second ■-■ group compound semiconductor and the same type of compound semiconductor layer is used as a spacer at this interface. It is also possible to intervene. However, this spacer must also have a thickness that will be disordered during annealing, and therefore its thickness should be kept within the thickness of the graded layer that would be formed without the spacer.

説明が前後するが、アニール前のヘテロ接合を形成する
第2のm−v族化合物半導体層(アンドープ層)の厚み
は、その上に形成された不純物ドープ層(第3のm−v
族化合物半導体層から不純物元素が拡散してくる距離を
考慮して決定する必要がある。つまり、アニールにより
上層のドープ層から下地のアンドープ層に不純物が拡散
して来ても、なおかつ拡散されない領域が残るだけの厚
さとしなければならない。もし、このアンドープ層全領
域に不純物の拡散が起ると、その下地の第1のm−v族
化合物半導体層との界面で形成されていたヘテロ接合に
短チヤネル効果の影響が生じ好ましくない。つまり、従
来技術で説明したイオン打込法による場合と同様の問題
が発生してしまうからである。したがって、このアンド
ープの第2の■−■族化合物半導体層は、エピタキシャ
ル成長時に通常よりも少し厚目に形成した方が良い。
Although the explanation may be complicated, the thickness of the second m-v group compound semiconductor layer (undoped layer) forming the heterojunction before annealing is the same as that of the impurity doped layer (third m-v group compound semiconductor layer) formed thereon.
It is necessary to determine the distance by taking into consideration the distance from which the impurity element diffuses from the group compound semiconductor layer. In other words, the thickness must be such that even if impurities are diffused from the upper doped layer into the underlying undoped layer due to annealing, a region where the impurities will not be diffused remains. If impurity diffusion occurs in the entire region of this undoped layer, the heterojunction formed at the interface with the underlying first m-v group compound semiconductor layer will be affected by the short channel effect, which is undesirable. In other words, problems similar to those caused by the ion implantation method described in the prior art will occur. Therefore, it is better to form this undoped second ■-■ group compound semiconductor layer a little thicker than usual during epitaxial growth.

〔作用〕[Effect]

以下、第1図、第2図を用い、■−■族化合物半導体と
して、第1の半導体がGaAs、第2の半導体がAn 
G a A sの場合を例に、具体的構成と共に作用を
説明する。
Hereinafter, using FIGS. 1 and 2, the first semiconductor is GaAs and the second semiconductor is An as the ■-■ group compound semiconductor.
Taking the case of GaAs as an example, the operation will be explained along with the specific configuration.

第1図(a)にMBEで作製した結晶構造の断面を示す
。半絶縁性GaAs基板10の上にアンドープGaAs
1l (1声)、アンドープAuGaAs12 (20
nm)、SiドープA11GaAs13 (30nm)
、SiドープGaAs14 (20nm)を順次積層し
、その上にキャップ層としてSi○2膜15 (200
nm)を堆積する。上記結晶をH2中で800°C11
5分のアニールを施す。
FIG. 1(a) shows a cross section of the crystal structure produced by MBE. Undoped GaAs is deposited on the semi-insulating GaAs substrate 10.
1l (1 voice), undoped AuGaAs12 (20
nm), Si-doped A11GaAs13 (30 nm)
, Si-doped GaAs14 (20 nm) are sequentially laminated, and a Si○2 film 15 (200 nm) is formed as a cap layer thereon.
nm). The above crystals were heated at 800°C11 in H2.
Anneal for 5 minutes.

アニールにより結晶中のGaが5in2中へ拡散するこ
とによりGa空孔が生成される。このGa空孔を介して
Si、 An、 Gaの相互拡散が生じ、第1図(b)
に示す如<SiドープAQGaAs13とSiドープG
aAs14の界面にグレーディト層16が形成される。
By annealing, Ga in the crystal diffuses into 5in2, thereby generating Ga vacancies. Mutual diffusion of Si, An, and Ga occurs through these Ga vacancies, resulting in the result shown in Fig. 1(b).
As shown in <Si-doped AQGaAs13 and Si-doped G
A graded layer 16 is formed at the interface of the aAs 14.

このグレーディト層は層13.14からの酎、Gaの相
互拡散により形成されるため、全体の膜厚に変化はなく
、なおかつ1、アン1(−プAfl G aAs12と
アンドープGaAs1lの界面はヘテロ接合を形成し、
急峻性が保たれる。グレーディト層]6の厚さは、アニ
ール温度により任意に制御される。
Since this graded layer is formed by interdiffusion of Ga and Ga from layers 13 and 14, there is no change in the overall film thickness, and the interface between 1 and 1 (-Afl GaAs 12 and undoped GaAs 11) is a heterojunction. form,
Steepness is maintained. The thickness of the graded layer] 6 is arbitrarily controlled by the annealing temperature.

第2図にCAT法(Composition Aral
ysjs byT hickness F ringe
法)により直接測定した、グレーディト層厚さのアニー
ル温度依存性を示す。
Figure 2 shows the CAT method (Composition Aral
ysjs by T hickness Fringe
Figure 2 shows the annealing temperature dependence of the graded layer thickness, as measured directly by the method.

グレーディト層の厚さは、650°Cから800℃の領
域で極めて制御性良く増大することを示している。
The thickness of the graded layer shows a very controllable increase in the range from 650°C to 800°C.

なお、この第2図のアニール条件はアニール時間を15
分と固定し、処理温度を変化させたものである。この条
件とは逆に温度を固定し、時間を変化させても同様の結
果が得られる。したがって、グレーディト層の厚さは、
温度と時間の関数であるから、いずれか一方、もしくは
両者を適宜の条件に設定すれば、希望する厚みとするこ
とができる。
Note that the annealing conditions in Figure 2 are annealing time of 15
The temperature was fixed at 10 minutes, and the processing temperature was varied. Contrary to this condition, similar results can be obtained by fixing the temperature and varying the time. Therefore, the thickness of the graded layer is
Since it is a function of temperature and time, the desired thickness can be achieved by setting either or both of them to appropriate conditions.

また、アンドープAll G a A s 12の厚さ
は、アニール時にSiドープAAGaAs13からSi
の拡散があっても、十分に拡散されない領域が残されて
おり、層13と層12との界面には何ら変化をもたらさ
ない。
In addition, the thickness of the undoped All Ga As 12 changes from Si doped AAGaAs 13 to Si during annealing.
Even if there is diffusion, a region that is not sufficiently diffused remains, and no change is brought about at the interface between layer 13 and layer 12.

それ故、目的とする層14と層13との界面にのみ選択
的に確実にグレーディト層16が実現される。
Therefore, the graded layer 16 is selectively and reliably realized only at the target interface between the layer 14 and the layer 13.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第3図及び第4図により説明
する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.

まず第3図(a)に示すように半絶縁性基板1の上にM
BE法によりアンドープGaAs (1ρ)2、アンド
ープAQo、3Gao、7As (20nm) 3、S
iドープA11..3Ga、、7As (21nm、 
 Si濃度2.4 X 10”cm−3) 4、Siド
ープGaAs (160nm、Si濃度3.5X 10
”cm−3)を順次エピタキシャル成長する。次に第3
図(b)に移り、CVD法により結晶表面に5in2膜
(200nm) 7を堆積し、H2気流中でアニールを
行なう。アニール条件は800℃、15分間である。ア
ニールによってSiドープAll。、3Gao、7As
4とSiドープGaAs5の間に無秩序化が生じグレー
ディト層6が形成される。第4図にCAT法により測定
したAf1組成の深さ方向分布を示す。
First, as shown in FIG. 3(a), M is placed on the semi-insulating substrate 1.
Undoped GaAs (1ρ)2, undoped AQo, 3Gao, 7As (20nm) 3, S by BE method
i-dope A11. .. 3Ga, 7As (21 nm,
Si concentration 2.4 x 10"cm-3) 4. Si-doped GaAs (160 nm, Si concentration 3.5 x 10
"cm-3)" is epitaxially grown in sequence.Next, the third
Turning to Figure (b), a 5 in 2 film (200 nm) 7 is deposited on the crystal surface by the CVD method and annealed in an H2 gas flow. The annealing conditions are 800° C. and 15 minutes. Si-doped All by annealing. , 3Gao, 7As
Disorder occurs between Si-doped GaAs 4 and Si-doped GaAs 5, and a graded layer 6 is formed. FIG. 4 shows the depth distribution of Af1 composition measured by the CAT method.

先に示した第2図からも、この第4図からもグレーディ
ト層6の厚さはほぼ14nmであることがわがり、アン
ドープG a A s 2とアンドープM。、3Ga、
、、As3界面は無秩序化は生じない。なお、第4図中
には、参考までにエピタキシャル成長時(as−gro
wn)とアニール後とにおける各層の厚みの状態を対比
して示した。この図からもグレーディト層内では、Al
lが層の厚さ方向に一定の濃度勾配を有していることが
わかる。
It can be seen from both FIG. 2 and FIG. 4 that the thickness of the graded layer 6 is approximately 14 nm, and the thickness of the graded layer 6 is approximately 14 nm. ,3Ga,
, , As3 interface does not become disordered. In addition, for reference, FIG.
wn) and after annealing are shown in comparison. This figure also shows that within the graded layer, Al
It can be seen that l has a constant concentration gradient in the thickness direction of the layer.

再び第3図(b)に戻る。ヘテロ界面のグレーディト層
6の厚さはSiの拡散距離と一致しているため、Siド
ープAll。、3Ga、、7As4からアンドープAl
l。、3Ga(、,7As3A拡散したSiによりsj
ドープAn。、、Gao、、As4の膜厚は35nm、
アンドープAll。、30a、、、7As3の膜厚は6
nmとなっている。
Returning again to FIG. 3(b). Since the thickness of the graded layer 6 at the hetero interface matches the diffusion distance of Si, it is Si-doped All. , 3Ga, , undoped Al from 7As4
l. ,3Ga(,,7As3A diffused Si makes sj
Dope An. ,,Gao,,As4 film thickness is 35 nm,
Undoped All. , 30a, , the film thickness of 7As3 is 6
nm.

次に第3図(c)は、第3図(b)の構成から成る結晶
に、通常の方法で、ソース、ドレイン、ゲートの各電極
を形成して電界効果トランジスタ(FET)を形成した
断面図を示したものである。
Next, FIG. 3(c) shows a cross-section of a field-effect transistor (FET) formed by forming source, drain, and gate electrodes using the usual method on the crystal having the structure shown in FIG. 3(b). The figure is shown below.

各電極形成のプロセス図は省略したが、その概略を説明
すると、ホトリソグラフィを用いソース・ドレイン電極
材となるAuGe合金を蒸着・リフトオフしてソース・
ドレイン電極8.8′を形成する。さらにゲート電極形
成領域をリセスエッチングした後、ゲート電極材として
Aflを蒸着・リフトオフしてゲート電極9を形成し、
電界効果トランジスタ(FET)が完成する。なお、こ
のFETにおける、AAGaAs4−GaAs5間の接
触抵抗は、アニール前に比べ1/10に低減した。
The process diagram for forming each electrode has been omitted, but to explain the outline, photolithography is used to deposit and lift off the AuGe alloy that will become the source/drain electrode material.
A drain electrode 8.8' is formed. Furthermore, after recess etching the gate electrode formation region, Afl is deposited and lifted off as a gate electrode material to form the gate electrode 9.
A field effect transistor (FET) is completed. Note that the contact resistance between AAGaAs4 and GaAs5 in this FET was reduced to 1/10 compared to before annealing.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、例えば2DEG (Two−D im
entional E 1ectron G asの略
)FETにおいて結晶成長後に深さ方向の所定領域に選
択的にグレーディト層が形成できるため、ヘテロ界面に
おける接触抵抗を低減化することができ、かつ、ウェハ
間で膜厚のバラツキがなく、高いスループットでグレー
ディト層を形成することができる。
According to the invention, for example 2DEG (Two-D im
Because a graded layer can be selectively formed in a predetermined region in the depth direction after crystal growth in an FET (abbreviation for 1electron gas), it is possible to reduce the contact resistance at the hetero interface, and to reduce the film thickness between wafers. It is possible to form a graded layer with high throughput without any variation.

また、アニール温度を制御することにより、容易にSi
の拡散距離を制御できるため、電界効果トランジスタに
おける短チヤネル効果を抑止する効果がある。
In addition, by controlling the annealing temperature, Si
Since the diffusion distance of can be controlled, it has the effect of suppressing short channel effects in field effect transistors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の詳細な説明するための断面構成図、第
2図はアニール温度とグレーディト層厚さとの関係を示
す特性図、第3図は本発明の一実施例を説明する断面構
成図、そして第4図はAl1組成の深さ方向分布を示す
特性曲線図である。 1.10・・・半絶縁性GaAs基板 2・・・アンドープGaAs 3.12−・・アンドープM G a A s6.16
・・・グレーディト層 4.13−8iドープAn G a A s5.14−
=SiドープGaAs 7.15・・・SiO□膜 11・・・アンドープGaAs 代理人弁理士  中 村 純之助 Lr1L+Or+−0フ■
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram for explaining the present invention in detail, FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between annealing temperature and graded layer thickness, and FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram for explaining one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing the distribution of Al1 composition in the depth direction. 1.10... Semi-insulating GaAs substrate 2... Undoped GaAs 3.12-... Undoped M Ga As s6.16
... Graded layer 4.13-8i doped An Ga As 5.14-
=Si-doped GaAs 7.15...SiO□ film 11...Undoped GaAs Attorney Junnosuke NakamuraLr1L+Or+-0F■

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に、導電型を決定する不純物元素のド
ープされたIII−V族化合物半導体層と、前記III−V族
化合物層とヘテロ接合を形成し、かつ前記不純物元素と
同一不純物元素がドープされたIII−V族化合物半導体
層とを準次エピタキシャル成長させる工程と、次いで前
記III−V族化合物半導体層上に前記III−V族化合物半
導体を構成するIII族元素が後のアニール工程で容易に
拡散し得るキャップ層を形成する工程と、かくして得ら
れた多層膜構造体を非酸化性雰囲気中でアニールするこ
とにより、前記ヘテロ接合の形成された界面に無秩序化
され、かつ厚さ方向にIII族元素が濃度勾配を有するグ
レーデイト層を形成する工程とを有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 2、半導体基板上に、第1のIII−V族化合物半導体層
と、前記第1のIII−V族化合物半導体層とヘテロ接合
を形成する第2のIII−V族化合物半導体層と、導電型
を決定する不純物元素のドープされた前記第2のIII−
V族化合物半導体と同種の化合物半導体から成る第3の
III−V族化合物半導体層と、前記第3のIII−V族化合
物半導体層とヘテロ接合を形成する前記不純物元素と同
一不純物元素がドープされた前記第1のIII−V族化合
物半導体と同種の化合物半導体から成る第4のIII−V
族化合物半導体層とを順次エピタキシャル成長させる工
程と、次いで前記第4のIII−V族化合物の半導体層上
に前記第4のIII−V族化合物半導体を構成するIII族元
素が後のアニール工程で容易に拡散し得るキャップ層を
形成する工程と、かくして得られた多層膜構造体を非酸
化性雰囲気中でアニールすることにより、前記第3、第
4のIII−V族化合物半導体層間に無秩序化され、かつ
厚さ方向にIII族元素が濃度勾配を有するグレーデイト
層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。 3、上記ヘテロ接合を形成する第2のIII−V族化合物
半導体層の厚みを、その上に形成される不純物元素のド
ープされた第2のIII−V族化合物半導体と同種の化合
物半導体から成る第3のIII−V族化合物半導体層から
アニール時に前記不純物が拡散してくる距離よりも大な
る厚みとし、アニール後においても前記第2のIII−V
族化合物半導体層に前記不純物元素の拡散されない残存
領域が形成されるよう前記第2のIII−V族化合物半導
体を上記第1のIII−V族化合物半導体層上にエピタキ
シャル成長することを特徴とする請求項2記載の半導体
装置の製造方法。 4、アニール時の温度と時間との少なくとも一方を任意
に制御することにより、上記グレーデイド層の厚みを制
御することを特徴とする請求項1もしくは3記載の半導
体装置の製造方法。 5、上記第1のIII−V族化合物半導体をGaAsで、
第2のIII−V族化合物半導体をAlGaAsで構成す
ると共に上記不純物元素をSiで、キャップ層をSiO
_2で構成することを特徴とする請求項2、3もしくは
4記載の半導体装置の製造方法。 6、上記導電型を決定する不純物元素のドープされた第
1のIII−V族化合物半導体と同種の化合物半導体から
成る第4のIII−V族化合物半導体層にソース及びドレ
ーン電極を形成すると共に前記両電極間にゲート電極を
形成することにより電界効果トランジスタを形成するこ
とを特徴とする請求項2、3、4もしくは5記載の半導
体装置の製造方法。
[Claims] 1. A III-V compound semiconductor layer doped with an impurity element that determines the conductivity type is formed on a semiconductor substrate, and a heterojunction is formed with the III-V compound layer, and the impurity element a step of sub-epitaxially growing a III-V compound semiconductor layer doped with the same impurity element as the element; By forming a cap layer that can be easily diffused in a subsequent annealing step and by annealing the thus obtained multilayer structure in a non-oxidizing atmosphere, the interface where the heterojunction is formed is disordered. and forming a graded layer having a concentration gradient of group III elements in the thickness direction. 2. On a semiconductor substrate, a first III-V compound semiconductor layer, a second III-V compound semiconductor layer forming a heterojunction with the first III-V compound semiconductor layer, and a conductivity type said second III- doped with an impurity element determining
A third compound semiconductor made of the same type of compound semiconductor as the V group compound semiconductor.
a III-V group compound semiconductor layer, which is the same type as the first III-V group compound semiconductor doped with the same impurity element as the impurity element forming a heterojunction with the third III-V group compound semiconductor layer; Fourth III-V made of compound semiconductor
A step of sequentially epitaxially growing a group III-V compound semiconductor layer, and then a group III element constituting the fourth group III-V compound semiconductor layer is easily grown on the fourth group III-V compound semiconductor layer in a subsequent annealing step. By forming a cap layer that can be diffused into the cap layer and annealing the multilayer structure obtained in this way in a non-oxidizing atmosphere, disorder is created between the third and fourth III-V compound semiconductor layers. and forming a graded layer having a concentration gradient of group III elements in the thickness direction. 3. The thickness of the second group III-V compound semiconductor layer forming the above-mentioned heterojunction is made of a compound semiconductor of the same type as the second group III-V compound semiconductor doped with an impurity element formed thereon. The thickness is set to be greater than the distance from the third III-V group compound semiconductor layer to which the impurity diffuses during annealing, and even after annealing, the second III-V
A claim characterized in that the second group III-V compound semiconductor is epitaxially grown on the first group III-V compound semiconductor layer so that a residual region in which the impurity element is not diffused is formed in the group compound semiconductor layer. Item 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 2. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 3, wherein the thickness of the graded layer is controlled by arbitrarily controlling at least one of temperature and time during annealing. 5. The first III-V compound semiconductor is made of GaAs,
The second III-V compound semiconductor is made of AlGaAs, the impurity element is Si, and the cap layer is made of SiO.
_2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, 3 or 4. 6. Forming source and drain electrodes on a fourth III-V compound semiconductor layer made of a compound semiconductor of the same type as the first III-V compound semiconductor doped with an impurity element that determines the conductivity type; 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a field effect transistor is formed by forming a gate electrode between both electrodes.
JP17266188A 1988-07-13 1988-07-13 Manufacture of semiconductor device Pending JPH0223626A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17266188A JPH0223626A (en) 1988-07-13 1988-07-13 Manufacture of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17266188A JPH0223626A (en) 1988-07-13 1988-07-13 Manufacture of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0223626A true JPH0223626A (en) 1990-01-25

Family

ID=15946030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17266188A Pending JPH0223626A (en) 1988-07-13 1988-07-13 Manufacture of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0223626A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0625975A (en) * 1982-07-19 1994-02-01 Asahi Shiyueebell Kk Method for preventing glass cloth for printed wiring board from fraying
JPH08148672A (en) * 1994-11-17 1996-06-07 Nec Corp Hetero junction type of field effect transistor, and its manufacture

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0625975A (en) * 1982-07-19 1994-02-01 Asahi Shiyueebell Kk Method for preventing glass cloth for printed wiring board from fraying
JPH08148672A (en) * 1994-11-17 1996-06-07 Nec Corp Hetero junction type of field effect transistor, and its manufacture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4845049A (en) Doping III-V compound semiconductor devices with group VI monolayers using ALE
EP0381396A1 (en) Compound semiconductor devices
US5952672A (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
JPH081955B2 (en) Method of manufacturing an inverted modulation-doped heterostructure
JPH10256154A (en) Semiconductor hetero-structure, manufacture thereof and semiconductor device
JPH0223626A (en) Manufacture of semiconductor device
JP3447438B2 (en) Field effect transistor
JPS6353711B2 (en)
JPS5853863A (en) Preparation of semiconductor device
JPH09246527A (en) Semiconductor device
US5773853A (en) Compound semiconductor device
JPH02201934A (en) Manufacture of gaas fet using channel limiting lager
JP2530496B2 (en) Semiconductor heterostructure and manufacturing method thereof
JP2730524B2 (en) Field effect transistor and method of manufacturing the same
JP2708492B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH0669248A (en) Field-effect transistor and manufacture thereof
JPH09181087A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JPS5851573A (en) Semiconductor device
JP2614490B2 (en) Heterojunction field effect transistor
JPH088354B2 (en) Heterojunction field effect transistor
JPH08162414A (en) Semiconductor device
JP3205575B2 (en) Transistor and crystal growth method
JPH0832052A (en) Compound semiconductor epitaxial wafer
JP3121671B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPS6235677A (en) Inversion type high electron mobility transistor device