JPH08124940A - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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JPH08124940A
JPH08124940A JP25718594A JP25718594A JPH08124940A JP H08124940 A JPH08124940 A JP H08124940A JP 25718594 A JP25718594 A JP 25718594A JP 25718594 A JP25718594 A JP 25718594A JP H08124940 A JPH08124940 A JP H08124940A
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JP
Japan
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insulating layer
layer
compound semiconductor
effect transistor
field effect
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Pending
Application number
JP25718594A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Etsu Onodera
閲 小野寺
Naoyuki Kawai
直行 河合
Nobutoshi Matsunaga
信敏 松永
Munetoshi Fukui
宗利 福井
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
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To enhance breakdown strength of an FET having heterojunction structure fabricated on a compound semiconductor substrate. CONSTITUTION: A channel layer 6 is formed on a semiinsulating substrate 1 and an insulation layer, composed of a compound semiconductor different from the channel layer 6, is formed thereon to produce an FET 3 having heterojunction structure. The insulation layer 7 comprises an insulation layer 7a of AlGaAs, an insulation layer 7b of GaAs, and an insulation layer 7c of AlGaAs deposited sequentially from below.

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、電界効果トランジスタ
技術に関し、特に、化合物半導体基板上にその化合物半
導体基板とは異なる化合物半導体が積層されてなるヘテ
ロ接合構造を有する電界効果トランジスタ(Field Effe
ct Transistor ;以下、MES・FETという)に適用
して有効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to field effect transistor technology, and more particularly to a field effect transistor (Field Effe) having a heterojunction structure in which a compound semiconductor different from the compound semiconductor substrate is laminated on the compound semiconductor substrate.
ct Transistor; hereinafter referred to as MES • FET), and is a technology effective.

【0002】[0002]

【従来の技術】情報化社会の進展に伴い、高密度の情報
を高速処理できる回路の開発が要求されている。ガリウ
ム・ヒ素(GaAs)等に代表される化合物半導体基板
を用いたFETは、その要求に沿う素子として注目され
ている。
2. Description of the Related Art As the information-oriented society advances, it is required to develop a circuit capable of processing high-density information at high speed. An FET using a compound semiconductor substrate typified by gallium arsenide (GaAs) or the like is drawing attention as an element that meets the requirements.

【0003】これは、GaAs基板等を用いたFET
が、シリコン(Si)等のような単体元素の半導体基板
を用いた場合に比べて、キャリヤ移動度が大きく高速性
が期待できること、基板抵抗が大きく浮遊容量を小さく
できること等の優れた長所を有しているからである。
This is an FET using a GaAs substrate or the like.
However, as compared with the case where a semiconductor substrate of a single element such as silicon (Si) is used, it has excellent advantages such as large carrier mobility and high speed, large substrate resistance and small stray capacitance. Because they are doing it.

【0004】ところで、このようなMES・FETの改
良形として、ショットキー・ゲート電極と、化合物半導
体基板における高不純物濃度のチャネル層との間に異種
の化合物半導体からなる絶縁層を挟んだ構造を持つヘテ
ロ接合構造のFETがある。
By the way, as an improved form of such MES-FET, a structure in which an insulating layer made of a different kind of compound semiconductor is sandwiched between a Schottky gate electrode and a channel layer having a high impurity concentration in a compound semiconductor substrate is adopted. There is an FET with a heterojunction structure.

【0005】この構造のFETについて本発明者が検討
した技術によれば、ショットキー・ゲート電極とGaA
s等からなるチャネル層との間に、耐圧向上を図る観点
から、例えばアルミニウム(Al)GaAs層とGaA
s層とを下層から順に積層させてなる絶縁層を介在させ
るヘテロ接合構造のFETがある。
According to the technique examined by the present inventor for the FET of this structure, the Schottky gate electrode and the GaA
From the viewpoint of improving the breakdown voltage, for example, an aluminum (Al) GaAs layer and GaA
There is a FET having a heterojunction structure in which an insulating layer formed by stacking an s layer in order from the lower layer is interposed.

【0006】この構造の場合、AlGaAs層のバンド
ギャップがGaAs層のバンドギャップに比べて広いの
で、GaAs層とショットキー・ゲート電極との接触部
に形成されるショットキーバリアを越えてしまう電子の
移動を防止することができるようになっており、これに
より、耐圧の向上が図られている。
In this structure, the band gap of the AlGaAs layer is wider than the band gap of the GaAs layer, so that electrons passing through the Schottky barrier formed in the contact portion between the GaAs layer and the Schottky gate electrode are crossed. It is possible to prevent the movement, which improves the breakdown voltage.

【0007】なお、この種のFETについては、例えば
株式会社オーム社、昭和59年11月30日発行、「L
SIハンドブック」P725〜P728に記載があり、
化合物半導体基板上に形成された種々のヘテロ接合構造
を有するFETについて説明されている。
Regarding the FET of this type, for example, "Ohm Co., Ltd.," issued on November 30, 1984, "L
SI Handbook "P725-P728,
FETs having various heterojunction structures formed on a compound semiconductor substrate have been described.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、ゲート電極
とGaAsチャネル層との間に、例えばAlGaAs層
とGaAs層とのダブルヘテロ接合層を介在させる上記
FET技術においては、AlGaAs層の禁制帯中に深
いエネルギー準位が多く存在するために、電子がAlG
aAs層中の深いエネルギー準位を介してチャネル側に
移動する結果、リーク電流が流れ、FETの耐圧向上が
阻害される問題があることを本発明者は見い出した。
However, in the above FET technology in which a double heterojunction layer of, for example, an AlGaAs layer and a GaAs layer is interposed between the gate electrode and the GaAs channel layer, in the forbidden band of the AlGaAs layer, Since there are many deep energy levels, electrons are AlG
The present inventor has found that as a result of moving to the channel side via a deep energy level in the aAs layer, a leak current flows, which hinders improvement of the breakdown voltage of the FET.

【0009】本発明の目的は、化合物半導体基板上に形
成されたヘテロ接合構造を有するFETの耐圧を向上さ
せることのできる技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the breakdown voltage of an FET having a heterojunction structure formed on a compound semiconductor substrate.

【0010】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
Of the inventions disclosed in the present application, a representative one will be briefly described below.
It is as follows.

【0012】すなわち、本発明のFETは、化合物半導
体基板上に形成された化合物半導体からなるチャネル層
上に、前記チャネル層とは異なる化合物半導体からなる
絶縁層が積層されてなるヘテロ接合構造を有する電界効
果トランジスタであって、前記絶縁層に第1絶縁層と、
それによって挟まれた第2絶縁層とを設け、前記第1絶
縁層を禁制帯の幅が前記第2絶縁層よりも広い化合物半
導体によって構成し、前記第2絶縁層を深いエネルギー
準位数が前記第1絶縁層よりも少ない化合物半導体によ
って構成したものである。
That is, the FET of the present invention has a heterojunction structure in which an insulating layer made of a compound semiconductor different from the channel layer is laminated on a channel layer made of a compound semiconductor formed on a compound semiconductor substrate. A field effect transistor, wherein the insulating layer includes a first insulating layer,
A second insulating layer sandwiched thereby, the first insulating layer is made of a compound semiconductor having a band gap wider than that of the second insulating layer, and the second insulating layer has a deep energy level number. It is composed of less compound semiconductor than the first insulating layer.

【0013】また、本発明の他のFETは、化合物半導
体基板上に形成された化合物半導体層からなるチャネル
層上に、前記チャネル層とは異なる化合物半導体からな
る絶縁層が積層されてなるヘテロ接合構造を有する電界
効果トランジスタであって、前記絶縁層に間接遷移形の
化合物半導体からなる絶縁層を設けたものである。
Another FET of the present invention is a heterojunction in which an insulating layer made of a compound semiconductor different from the channel layer is laminated on a channel layer made of a compound semiconductor layer formed on a compound semiconductor substrate. A field effect transistor having a structure, wherein the insulating layer is provided with an insulating layer made of an indirect transition type compound semiconductor.

【0014】さらに、本発明の他のFETは、前記間接
遷移形の化合物半導体からなる絶縁層がAlAsである
ものである。
Further, in another FET of the present invention, the insulating layer made of the indirect transition type compound semiconductor is AlAs.

【0015】[0015]

【作用】上記した本発明のFETによれば、ショットキ
ーバリアを越えた電子の移動を禁制帯幅の広い第1絶縁
層によって阻止しつつ、深いエネルギー準位を介する電
子の移動を深いエネルギー準位の少ない第2絶縁層によ
って抑制することができる。
According to the above-mentioned FET of the present invention, the movement of electrons across the Schottky barrier is blocked by the first insulating layer having a wide forbidden band, while the movement of electrons through the deep energy level is deep. It can be suppressed by the second insulating layer having a small number of units.

【0016】また、上記した本発明の他のFETによれ
ば、チャネル層上の絶縁層に間接遷移形の化合物半導体
からなる絶縁層を設けることにより、ホットエレクトロ
ンのエネルギーを少しずつ放出させることができるの
で、アバランシェ降伏を防止することができる。
According to the other FET of the present invention described above, by providing an insulating layer made of an indirect transition type compound semiconductor in the insulating layer on the channel layer, the energy of hot electrons can be gradually released. As a result, avalanche breakdown can be prevented.

【0017】さらに、上記した本発明の他のFETによ
れば、間接遷移形の化合物半導体からなる絶縁層をAl
Asとしたことにより、AlGaAsの場合よりも禁制
帯の幅を広くすることができるのでショットキーバリア
を高くすることができるとともに、ホットエレクトロン
のエネルギーを少しずつ放出させることができるのでア
バランシェ降伏を防止することができる。
Further, according to the above-mentioned other FET of the present invention, the insulating layer made of the indirect transition type compound semiconductor is Al.
By using As, the width of the forbidden band can be made wider than in the case of AlGaAs, so that the Schottky barrier can be made higher and the energy of hot electrons can be released little by little, so that avalanche breakdown can be prevented. can do.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0019】(実施例1)図1は本発明の一実施例であ
る電界効果トランジスタの断面図、図2は図1の電界効
果トランジスタの要部のエネルギーバンド図、図3は絶
縁膜をGaAs層/AlGaAs層で形成した電界効果
トランジスタの要部のエネルギーバンド図、図4〜図1
0は図1の電界効果トランジスタの製造工程中における
断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a field effect transistor which is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an energy band diagram of a main part of the field effect transistor of FIG. 1, and FIG. Band diagram of the main part of a field effect transistor formed of a layer / AlGaAs layer, FIGS.
Reference numeral 0 is a cross-sectional view during a manufacturing process of the field effect transistor of FIG.

【0020】図1に示すように、半絶縁性基板(化合物
半導体基板)1は、例えばGaAsからなり、その素子
分離溝2に囲まれた素子領域には、ヘテロ接合構造を有
するFET3が形成されている。なお、図示はしない
が、半絶縁性基板1上には、複数のFET3や他の素子
が形成され、それによって、通信機器用のアナログIC
(Integrated Circuit)等のような所定の半導体集積回
路装置が構成されている。
As shown in FIG. 1, a semi-insulating substrate (compound semiconductor substrate) 1 is made of, for example, GaAs, and an FET 3 having a heterojunction structure is formed in an element region surrounded by an element isolation groove 2. ing. Although not shown, a plurality of FETs 3 and other elements are formed on the semi-insulating substrate 1 to thereby form an analog IC for communication equipment.
A predetermined semiconductor integrated circuit device such as (Integrated Circuit) is configured.

【0021】FET3は、バッファ層4上に形成された
ソース領域5s、ドレイン領域5dおよびチャネル層6
と、チャネル層6上に形成された絶縁層7と、絶縁層7
上にキャップ層8を介して形成されたゲート電極9とを
有している。
The FET 3 has a source region 5s, a drain region 5d and a channel layer 6 formed on the buffer layer 4.
An insulating layer 7 formed on the channel layer 6, and an insulating layer 7
It has a gate electrode 9 formed thereon with a cap layer 8 interposed therebetween.

【0022】バッファ層4は、例えばp形のGaAsか
らなり、ソース領域5s、ドレイン領域5dおよびチャ
ネル層6は、例えばn形のGaAsからなる。なお、チ
ャネル層6の厚さは、例えば15nm程度である。
The buffer layer 4 is made of, for example, p-type GaAs, and the source region 5s, the drain region 5d and the channel layer 6 are made of, for example, n-type GaAs. The thickness of the channel layer 6 is, for example, about 15 nm.

【0023】絶縁層7は、絶縁層7a〜7cが下層から
順に堆積されて構成されている。最下層の絶縁層(第1
絶縁層)7aは、例えばAlGaAsからなり、その厚
さは、例えば4nm程度である。その上層の絶縁層(第
2絶縁層)7bは、例えばGaAsからなり、その厚さ
は、例えば3nm程度である。その上層の絶縁層(第1
絶縁層)7cは、例えばAlGaAsからなり、その厚
さは、例えば4nm程度である。
The insulating layer 7 is formed by depositing insulating layers 7a to 7c in order from the lower layer. Bottom insulating layer (first
The insulating layer) 7a is made of, for example, AlGaAs and has a thickness of, for example, about 4 nm. The upper insulating layer (second insulating layer) 7b is made of, for example, GaAs and has a thickness of, for example, about 3 nm. The upper insulating layer (first
The insulating layer) 7c is made of, for example, AlGaAs and has a thickness of, for example, about 4 nm.

【0024】すなわち、本実施例1においては、絶縁層
7に、例えばAlGaAs層/GaAs層/AlGaA
s層のヘテロ接合層が形成されている。そして、これに
より、ショットキーバリア準位を越えた電子がチャネル
層6側に移動してしまうのを阻止することができる上、
電子が深いエネルギー準位を介してチャネル層6側に移
動してしまうのを抑制することが可能となっている。こ
れを図2および図3によって説明する。
That is, in the first embodiment, the insulating layer 7 is formed of, for example, AlGaAs layer / GaAs layer / AlGaA.
An s-layer heterojunction layer is formed. This can prevent electrons that have exceeded the Schottky barrier level from moving to the channel layer 6 side.
It is possible to prevent the electrons from moving to the channel layer 6 side via the deep energy level. This will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

【0025】図2は本実施例1の場合の絶縁層7および
その近傍のエネルギーバンド図を示している。また、図
3は絶縁層をGaAs層/AlGaAs層とした場合の
絶縁層およびその近傍のエネルギーバンド図を示してい
る。
FIG. 2 shows an energy band diagram of the insulating layer 7 and its vicinity in the case of the first embodiment. Further, FIG. 3 shows an energy band diagram of the insulating layer and its vicinity when the insulating layer is a GaAs layer / AlGaAs layer.

【0026】図2の場合は、バンドギャップの広い絶縁
層7a,7cの間に、それらよりもバンドギャップが狭
く、かつ、深いエネルギー準位DL数の少ない絶縁層7
bを介在したことにより、ショットキーバリア準位VR
を越えた電子eがチャネル層側に移動してしまう現象を
バンドギャップの広い絶縁層7cによって阻止すること
ができる上、電子eがその深いエネルギー準位DLを介
してチャネル層側に移動してしまう現象を絶縁層7bに
よって抑制することが可能となっている。
In the case of FIG. 2, between the insulating layers 7a and 7c having a wide bandgap, the insulating layer 7 having a narrower bandgap and a smaller deep energy level DL number.
By interposing b, the Schottky barrier level VR
It is possible to prevent the phenomenon that the electrons e that have passed over the distance move to the channel layer side by the insulating layer 7c having a wide bandgap, and the electrons e move to the channel layer side through the deep energy level DL. This phenomenon can be suppressed by the insulating layer 7b.

【0027】一方、図3の場合は、ショットキーバリア
電位VR を越えた電子eの移動を絶縁層におけるAlG
aAs層によって阻止することができるが、AlGaA
s層中に多数存在する深いエネルギー準位DLを介して
電子がチャネル層側に移動してしまうことが分かる。
On the other hand, in the case of FIG. 3, movement of the electrons e exceeding the Schottky barrier potential VR is caused by AlG in the insulating layer.
AlGaA, which can be blocked by the aAs layer
It can be seen that electrons move to the channel layer side via the deep energy levels DL existing in large numbers in the s layer.

【0028】図1において、キャップ層8は、例えばG
aAsからなる。ゲート電極9は、例えばタングステン
シリサイドからなり、その上面には、例えば窒化シリコ
ンからなる絶縁膜10が形成されている。
In FIG. 1, the cap layer 8 is, for example, G
It consists of aAs. The gate electrode 9 is made of, for example, tungsten silicide, and an insulating film 10 made of, for example, silicon nitride is formed on the upper surface thereof.

【0029】ゲート電極9の側面および絶縁膜10の表
面は、例えばナイトライド膜からなる絶縁膜11によっ
て被覆されている。また、ゲート電極9および絶縁膜1
0の側面には、絶縁膜11を介してサイドウォール12
が形成されている。
The side surface of the gate electrode 9 and the surface of the insulating film 10 are covered with an insulating film 11 made of, for example, a nitride film. In addition, the gate electrode 9 and the insulating film 1
On the side surface of 0, the side wall 12 is formed through the insulating film 11.
Are formed.

【0030】素子分離溝2には、例えばナイトライド膜
からなる絶縁膜11が被着されている。絶縁膜11上に
は、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜13を介して層
間絶縁膜14が堆積されている。
An insulating film 11 made of, for example, a nitride film is deposited on the element isolation groove 2. An interlayer insulating film 14 is deposited on the insulating film 11 via an insulating film 13 made of, for example, silicon oxide.

【0031】層間絶縁膜14には、ソース領域5sおよ
びドレイン領域5dが露出するような接続孔15が穿孔
されており、その接続孔15内には、ソース電極16s
およびドレイン電極16dが各々形成されている。ソー
ス電極16sおよびドレイン電極16dは、例えば金
(Au)/タングステン(W)/ニッケル(Ni)/金
ゲルマニウム(AuGe)合金の積層金属からなる。
A connection hole 15 is formed in the interlayer insulating film 14 so that the source region 5s and the drain region 5d are exposed. In the connection hole 15, the source electrode 16s is formed.
And a drain electrode 16d are formed respectively. The source electrode 16s and the drain electrode 16d are made of, for example, a laminated metal of gold (Au) / tungsten (W) / nickel (Ni) / gold germanium (AuGe) alloy.

【0032】また、ゲート電極9上には、絶縁膜11を
介してゲート引出し電極17が形成されている。ゲート
引出し電極17は、例えばAuからなり、図示はしない
が、ゲート電極9と電気的に接続されている。
A gate lead electrode 17 is formed on the gate electrode 9 via an insulating film 11. The gate lead electrode 17 is made of Au, for example, and is electrically connected to the gate electrode 9 although not shown.

【0033】次に、本実施例1のFET3の製造方法を
図1および図4〜図10によって説明する。
Next, a method of manufacturing the FET 3 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 4 to 10.

【0034】まず、図4に示すように、GaAsからな
る半絶縁性基板1上に、p型のGaAs等からなるバッ
ファ層4、n型のGaAs等からなるチャネル層6、ア
ンドープのAlGaAs等からなる絶縁層7a、GaA
s等からなる絶縁層7b、アンドープのAlGaAs等
からなる絶縁層7cおよびGaAs等からなるキャップ
層8を分子線エピタキシー(MBE)法によって順次成
長させた後、このキャップ層8上に、例えばタングステ
ンシリサイド等からなる導体膜18をスパッタリング法
によって堆積する。
First, as shown in FIG. 4, on a semi-insulating substrate 1 made of GaAs, a buffer layer 4 made of p-type GaAs or the like, a channel layer 6 made of n-type GaAs or the like, undoped AlGaAs or the like is formed. Insulating layer 7a, GaA
An insulating layer 7b made of s or the like, an insulating layer 7c made of undoped AlGaAs or the like and a cap layer 8 made of GaAs or the like are sequentially grown by a molecular beam epitaxy (MBE) method, and then, for example, tungsten silicide is formed on the cap layer 8. A conductor film 18 made of, for example, is deposited by the sputtering method.

【0035】続いて、図5に示すように、上記タングス
テンシリサイド等からなる導体膜18を通常のフォトリ
ソグラフィ技術によってパターニングすることにより、
導体膜パターン18aを形成した後、その導体膜パター
ン18aをエッチングマスクとしてキャップ層8、絶縁
層7a〜7c、チャネル層6、バッファ層4および半絶
縁性基板1の上部をエッチングすることにより素子分離
溝2を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the conductor film 18 made of tungsten silicide or the like is patterned by a normal photolithography technique.
After forming the conductor film pattern 18a, the conductor film pattern 18a is used as an etching mask to etch the cap layer 8, the insulating layers 7a to 7c, the channel layer 6, the buffer layer 4 and the upper portion of the semi-insulating substrate 1, thereby separating elements. The groove 2 is formed.

【0036】その後、導体膜パターン18aをエッチン
グ除去した後、図6に示すように、半絶縁性基板1上の
全面にタングステンシリサイド等からなる導体膜19を
スパッタリング法等によって堆積し、さらにその上面に
窒化シリコン等からなる絶縁膜10をプラズマCVD法
等によって順次堆積する。
After the conductor film pattern 18a is removed by etching, as shown in FIG. 6, a conductor film 19 made of tungsten silicide or the like is deposited on the entire surface of the semi-insulating substrate 1 by a sputtering method or the like, and the upper surface thereof is further deposited. Then, an insulating film 10 made of silicon nitride or the like is sequentially deposited by a plasma CVD method or the like.

【0037】次いで、図7に示すように、フォトレジス
ト20aをマスクとして、上記窒化シリコンからなる絶
縁膜10およびタングステンシリサイドからなる導体膜
19を順次エッチングすることによりゲート電極9を形
成した後、フォトレジスト20aをエッチングで除去す
る。
Then, as shown in FIG. 7, the gate electrode 9 is formed by sequentially etching the insulating film 10 made of silicon nitride and the conductor film 19 made of tungsten silicide by using the photoresist 20a as a mask, and then, The resist 20a is removed by etching.

【0038】続いて、図8に示すように、半絶縁性基板
1上の全面にナイトライド等からなる絶縁膜11をプラ
ズマCVD法等によって堆積する。
Subsequently, as shown in FIG. 8, an insulating film 11 made of nitride or the like is deposited on the entire surface of the semi-insulating substrate 1 by plasma CVD or the like.

【0039】その後、図9に示すように、半絶縁性基板
1上の全面にナイトライド等からなる絶縁膜をプラズマ
CVD法で堆積した後、その絶縁膜をエッチバックする
ことにより、ゲート電極9の側壁にサイドウォール12
を形成する。
After that, as shown in FIG. 9, an insulating film made of nitride or the like is deposited on the entire surface of the semi-insulating substrate 1 by the plasma CVD method, and then the insulating film is etched back, whereby the gate electrode 9 is formed. Side wall 12
To form.

【0040】次いで、図9に示すように、半絶縁性基板
1上の全面に酸化シリコンからなる絶縁膜13をCVD
法等によって堆積した後、フォトレジスト20bをエッ
チングマスクとして絶縁膜13およびその下層の絶縁膜
11を順次エッチングすることにより、キャップ層8の
上面一部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 9, an insulating film 13 made of silicon oxide is formed on the entire surface of the semi-insulating substrate 1 by CVD.
After being deposited by the method or the like, the insulating film 13 and the insulating film 11 therebelow are sequentially etched using the photoresist 20b as an etching mask to expose a part of the upper surface of the cap layer 8.

【0041】続いて、フォトレジスト20bをエッチン
グで除去した後、図10に示すように、酸化シリコン等
からなる絶縁膜13をマスクとして上記キャップ層8お
よび絶縁層7の一部にソース領域5s、ドレイン領域5
dを選択的にエピタキシャル成長させる。
Then, after removing the photoresist 20b by etching, as shown in FIG. 10, the source region 5s, is formed on a part of the cap layer 8 and the insulating layer 7 using the insulating film 13 made of silicon oxide or the like as a mask. Drain region 5
d is selectively epitaxially grown.

【0042】その後、図1に示したように、半絶縁性基
板1上の全面に層間絶縁膜14をCVD法等によって堆
積した後、その層間絶縁膜14の一部をエッチング除去
することによりゲート電極9の上面一部を露出させた
後、ゲート電極9上に、例えばAu等からなるゲート引
出し電極17を形成する。
After that, as shown in FIG. 1, an interlayer insulating film 14 is deposited on the entire surface of the semi-insulating substrate 1 by the CVD method or the like, and a part of the interlayer insulating film 14 is removed by etching to remove the gate. After exposing a part of the upper surface of the electrode 9, a gate extraction electrode 17 made of, for example, Au is formed on the gate electrode 9.

【0043】最後に、ソース領域5sおよびドレイン領
域5d上の層間絶縁膜14に接続孔15を形成した後、
例えばAu/W/Ni/AuGe等からなるソース電極
16sおよびドレイン電極16dを形成することによ
り、ヘテロ接合を有するFET3を製造する。
Finally, after forming the connection hole 15 in the interlayer insulating film 14 on the source region 5s and the drain region 5d,
The FET 3 having the heterojunction is manufactured by forming the source electrode 16s and the drain electrode 16d made of Au / W / Ni / AuGe or the like, for example.

【0044】このように、本実施例1によれば、以下の
効果を得ることが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.

【0045】(1).FET3のゲート電極9の下層におけ
る絶縁層7に、例えばAlGaAs層/GaAs層/A
lGaAs層のヘテロ接合層を設けたことにより、ショ
ットキーバリアを越えた電子の移動を禁制帯幅の広い絶
縁層7c,7aによって阻止しつつ、深いエネルギー準
位を介する電子の移動を深いエネルギー準位の少ない絶
縁層7bによって抑制することができる。したがって、
半絶縁性基板1上に形成されたヘテロ接合を有するFE
T3のショットキー耐圧を向上させることができるの
で、そのFET3の歩留りおよび信頼性を向上させるこ
とが可能となる。
(1). For the insulating layer 7 below the gate electrode 9 of the FET 3, for example, AlGaAs layer / GaAs layer / A
By providing the hetero junction layer of the 1GaAs layer, the movement of electrons across the Schottky barrier is blocked by the insulating layers 7c and 7a having a wide forbidden band, while the movement of electrons through the deep energy level is deep energy level. This can be suppressed by the insulating layer 7b having a small amount. Therefore,
FE having heterojunction formed on semi-insulating substrate 1
Since the Schottky breakdown voltage of T3 can be improved, the yield and reliability of the FET3 can be improved.

【0046】(実施例2)図11は本発明の他の実施例
である電界効果トランジスタの断面図、図12は図11
の電界効果トランジスタの要部のエネルギーバンド図で
ある。
(Embodiment 2) FIG. 11 is a sectional view of a field effect transistor which is another embodiment of the present invention, and FIG. 12 is FIG.
FIG. 3 is an energy band diagram of a main part of the field effect transistor of FIG.

【0047】本実施例2においては、図11および図1
2に示すように、FET3(図11)のゲート電極9の
下層の絶縁層に、前記実施例1の絶縁層7a〜7cに代
えて、絶縁層7dが形成されている。絶縁層7dは、例
えばAlAs等のような間接遷移形の化合物半導体から
なり、例えばMBE法等によって形成されている。
In the second embodiment, FIG. 11 and FIG.
As shown in FIG. 2, an insulating layer 7d is formed in the lower insulating layer of the gate electrode 9 of the FET 3 (FIG. 11) instead of the insulating layers 7a to 7c of the first embodiment. The insulating layer 7d is made of, for example, an indirect transition type compound semiconductor such as AlAs, and is formed by, for example, the MBE method.

【0048】これにより、本実施例2においては、Al
GaAsに代えてそれよりも禁制帯の幅の広いAlAs
によって絶縁層7dを構成したことにより、ショットキ
ーバリアを高くすることができる。
As a result, in the second embodiment, Al
AlAs with a wider forbidden band instead of GaAs
Since the insulating layer 7d is made of, the Schottky barrier can be increased.

【0049】また、その絶縁層を直接遷移形から間接遷
移形としたことにより、ホットエレクトロンのエネルギ
ーを少しずつ放出させることができるので、アバランシ
ェ降伏を防止することができる。
Since the insulating layer is changed from the direct transition type to the indirect transition type, the energy of hot electrons can be released little by little, so that avalanche breakdown can be prevented.

【0050】したがって、半絶縁性基板1上に形成され
たヘテロ接合を有するFET3のショットキー耐圧を向
上させることができるので、そのFET3の歩留りおよ
び信頼性を向上させることが可能となる。
Therefore, the Schottky withstand voltage of the FET 3 having the heterojunction formed on the semi-insulating substrate 1 can be improved, and the yield and reliability of the FET 3 can be improved.

【0051】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
1,2に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the embodiments 1 and 2, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it is possible.

【0052】例えば前記実施例1,2においては、絶縁
層をMBE法によって形成した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、例えば有機金属気
相成長法(MOCVD)等によって形成しても良い。
For example, in the first and second embodiments, the case where the insulating layer is formed by the MBE method has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the insulating layer is formed by the metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or the like. May be.

【0053】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である通信機
器用のアナログICに用いられるFETに適用した場合
について説明したが、これに限定されず種々適用可能で
あり、例えば論理回路やメモリ回路用の半導体集積回路
装置を構成するFET等のような他のFETに適用する
ことも可能である。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to the FET used in the analog IC for the communication equipment which is the field of use in the background has been described, but the invention is not limited to this. It is applicable and can be applied to other FETs such as FETs forming a semiconductor integrated circuit device for logic circuits and memory circuits.

【0054】[0054]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described.
It is as follows.

【0055】(1).本発明のFETによれば、ショットキ
ーバリアを越えた電子の移動を禁制帯幅の広い第1絶縁
層によって阻止しつつ、深いエネルギー準位を介する電
子の移動を深いエネルギー準位の少ない第2絶縁層によ
って抑制することができる。したがって、化合物半導体
基板上に形成されたヘテロ接合を有するFETのショッ
トキー耐圧を向上させることができるので、そのFET
の歩留りおよび信頼性を向上させることが可能となる。
(1) According to the FET of the present invention, the movement of electrons across the Schottky barrier is blocked by the first insulating layer having a wide forbidden band, while the movement of electrons through a deep energy level is deep. This can be suppressed by the second insulating layer having a low energy level. Therefore, it is possible to improve the Schottky withstand voltage of the FET having the heterojunction formed on the compound semiconductor substrate.
It is possible to improve the yield and reliability.

【0056】(2).本発明の他のFETによれば、チャネ
ル層上の絶縁層に間接遷移形の化合物半導体からなる絶
縁層を設けることにより、ホットエレクトロンのエネル
ギーを少しずつ放出させることができるので、アバラン
シェ降伏を防止することができる。したがって、化合物
半導体基板上に形成されたヘテロ接合を有するFETの
ショットキー耐圧を向上させることができるので、その
FETの歩留りおよび信頼性を向上させることが可能と
なる。
(2). According to another FET of the present invention, by providing an insulating layer made of an indirect transition type compound semiconductor in the insulating layer on the channel layer, it is possible to gradually release hot electron energy. As a result, avalanche breakdown can be prevented. Therefore, the Schottky breakdown voltage of the FET having the heterojunction formed on the compound semiconductor substrate can be improved, and the yield and reliability of the FET can be improved.

【0057】(3).本発明の他のFETによれば、間接遷
移形の化合物半導体からなる絶縁層をAlAsとしたこ
とにより、AlGaAsの場合よりも禁制帯の幅を広く
することができ、ショットキーバリアを高くすることが
できるとともに、ホットエレクトロンのエネルギーを少
しずつ放出させることができ、アバランシェ降伏を防止
することができる。したがって、化合物半導体基板上に
形成されたヘテロ接合を有するFETのショットキー耐
圧を向上させることができるので、そのFETの歩留り
および信頼性を向上させることが可能となる。
(3). According to another FET of the present invention, since the insulating layer made of the indirect transition type compound semiconductor is made of AlAs, the band gap can be made wider than that of AlGaAs. It is possible to raise the Schottky barrier, release the energy of hot electrons little by little, and prevent avalanche breakdown. Therefore, the Schottky breakdown voltage of the FET having the heterojunction formed on the compound semiconductor substrate can be improved, and the yield and reliability of the FET can be improved.

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

【図1】本発明の一実施例である電界効果トランジスタ
の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a field effect transistor that is an embodiment of the present invention.

【図2】図1の電界効果トランジスタの要部のエネルギ
ーバンド図である。
FIG. 2 is an energy band diagram of a main part of the field effect transistor of FIG.

【図3】絶縁膜をGaAs層/AlGaAs層で形成し
た電界効果トランジスタの要部のエネルギーバンド図で
ある。
FIG. 3 is an energy band diagram of a main part of a field effect transistor in which an insulating film is formed of a GaAs layer / AlGaAs layer.

【図4】図1の電界効果トランジスタの製造工程中にお
ける断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view during a manufacturing process of the field effect transistor of FIG.

【図5】図1の電界効果トランジスタの図4に続く製造
工程中における断面図である。
5 is a sectional view of the field-effect transistor of FIG. 1 during a manufacturing step following that of FIG. 4;

【図6】図1の電界効果トランジスタの図5に続く製造
工程中における断面図である。
6 is a sectional view of the field-effect transistor of FIG. 1 during a manufacturing step following that of FIG. 5;

【図7】図1の電界効果トランジスタの図6に続く製造
工程中における断面図である。
7 is a sectional view of the field-effect transistor of FIG. 1 during a manufacturing step following that of FIG. 6;

【図8】図1の電界効果トランジスタの図7に続く製造
工程中における断面図である。
8 is a sectional view of the field-effect transistor of FIG. 1 during a manufacturing step following that of FIG. 7;

【図9】図1の電界効果トランジスタの図8に続く製造
工程中における断面図である。
9 is a sectional view of the field-effect transistor of FIG. 1 during a manufacturing step following that of FIG. 8;

【図10】図1の電界効果トランジスタの図9に続く製
造工程中における断面図である。
10 is a cross-sectional view of the field-effect transistor of FIG. 1 during a manufacturing step following that of FIG. 9;

【図11】本発明の他の実施例である電界効果トランジ
スタの断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a field effect transistor which is another embodiment of the present invention.

【図12】図11の電界効果トランジスタの要部のエネ
ルギーバンド図である。
12 is an energy band diagram of a main part of the field effect transistor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性基板(化合物半導体基板) 2 素子分離溝 3 電界効果トランジスタ 4 バッファ層 5s ソース領域 5d ドレイン領域 6 チャネル層 7 絶縁層 7a,7c 絶縁層(第1絶縁層) 7b 絶縁層(第2絶縁層) 7d 絶縁層 8 キャップ層 9 ゲート電極 10 絶縁膜 11 絶縁膜 12 サイドウォール 13 絶縁膜 14 層間絶縁膜 15 接続孔 16s ソース電極 16d ドレイン電極 17 ゲート引出し電極 18 導体膜 18a 導体膜パターン 19 導体膜 20a,20b フォトレジスト DL 深いエネルギー準位 e 電子 VR ショットキーバリア準位 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semi-insulating substrate (compound semiconductor substrate) 2 Element isolation groove 3 Field effect transistor 4 Buffer layer 5s Source region 5d Drain region 6 Channel layer 7 Insulating layers 7a, 7c Insulating layer (1st insulating layer) 7b Insulating layer (2nd) Insulating layer) 7d Insulating layer 8 Cap layer 9 Gate electrode 10 Insulating film 11 Insulating film 12 Sidewall 13 Insulating film 14 Interlayer insulating film 15 Connection hole 16s Source electrode 16d Drain electrode 17 Gate extraction electrode 18 Conductive film 18a Conductive film pattern 19 Conductor Films 20a, 20b Photoresist DL Deep energy level e Electron VR Schottky barrier level

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 宗利 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Munetoshi Fukui 2326 Imai, Ome City, Tokyo Hitachi, Ltd. Device Development Center

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化合物半導体基板上に形成された化合物
半導体からなるチャネル層上に、前記チャネル層とは異
なる化合物半導体からなる絶縁層が積層されてなるヘテ
ロ接合構造を有する電界効果トランジスタであって、前
記絶縁層に第1絶縁層と、それによって挟まれた第2絶
縁層とを設け、前記第1絶縁層を禁制帯の幅が前記第2
絶縁層よりも広い化合物半導体によって構成し、前記第
2絶縁層を深いエネルギー準位数が前記第1絶縁層より
も少ない化合物半導体によって構成したことを特徴とす
る電界効果トランジスタ。
1. A field effect transistor having a heterojunction structure in which an insulating layer made of a compound semiconductor different from the channel layer is laminated on a channel layer made of a compound semiconductor formed on a compound semiconductor substrate. A first insulating layer and a second insulating layer sandwiched between the first insulating layer and the second insulating layer having a forbidden band width of the second insulating layer;
A field effect transistor comprising a compound semiconductor wider than an insulating layer, and the second insulating layer made of a compound semiconductor having a deep energy level number smaller than that of the first insulating layer.
【請求項2】 請求項1記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記第1絶縁層がアルミニウム・ガリウム・ヒ
素からなり、前記第2絶縁層がガリウム・ヒ素からなる
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the first insulating layer is made of aluminum gallium arsenide, and the second insulating layer is made of gallium arsenide.
【請求項3】 化合物半導体基板上に形成された化合物
半導体層からなるチャネル層上に、前記チャネル層とは
異なる化合物半導体からなる絶縁層が積層されてなるヘ
テロ接合構造を有する電界効果トランジスタであって、
前記絶縁層に間接遷移形の化合物半導体からなる絶縁層
を設けたことを特徴とする電界効果トランジスタ。
3. A field effect transistor having a heterojunction structure in which an insulating layer made of a compound semiconductor different from the channel layer is laminated on a channel layer made of a compound semiconductor layer formed on a compound semiconductor substrate. hand,
A field effect transistor, wherein an insulating layer made of an indirect transition type compound semiconductor is provided on the insulating layer.
【請求項4】 請求項3記載の電界効果トランジスタに
おいて、前記間接遷移形の化合物半導体からなる絶縁層
がアルミニウム・ヒ素であることを特徴とする電界効果
トランジスタ。
4. The field effect transistor according to claim 3, wherein the insulating layer made of the indirect transition type compound semiconductor is aluminum arsenic.
【請求項5】 請求項2または4記載の電界効果トラン
ジスタにおいて、前記チャネル層がn形のガリウム・ヒ
素からなり、前記化合物半導体基板がガリウム・ヒ素か
らなることを特徴とする電界効果トランジスタ。
5. The field effect transistor according to claim 2 or 4, wherein the channel layer is made of n-type gallium arsenide, and the compound semiconductor substrate is made of gallium arsenide.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9536949B2 (en) 2014-12-11 2017-01-03 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Nitride semiconductor device comprising nitride semiconductor regrowth layer

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