JPH08288467A - Manufacture of compound semiconductor device - Google Patents

Manufacture of compound semiconductor device

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JPH08288467A
JPH08288467A JP8807695A JP8807695A JPH08288467A JP H08288467 A JPH08288467 A JP H08288467A JP 8807695 A JP8807695 A JP 8807695A JP 8807695 A JP8807695 A JP 8807695A JP H08288467 A JPH08288467 A JP H08288467A
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JP
Japan
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layer
threshold voltage
cap layer
etching stopper
field effect
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JP8807695A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Hara
直紀 原
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To simplify the manufacturing process of a compound semiconductor device which integrates complementary element with a high-speed operation element, flatten the surface and improve integration. CONSTITUTION: On semiconductor substrate 1-5 provided with a channel layer 4, semiconductor cap layer 6 and 8 which have different layer thicknesses in the adjacent area are arranged. When heat treatment is performed, at least a part of the semiconductor cap layers 6 and 8 is removed and the surface of the semiconductor substrate 1-5 is flattened. Then, on the semiconductor substrates 1-5, a compound semiconductor field-effect transistor with different threshold voltage and/or different conductivity type is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体装置の製造
方法に関するものであり、特に、閾値電圧或いは導電型
の異なる複数の電界効果トランジスタを平坦な基板上に
集積化した化合物半導体層の製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a compound semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a compound semiconductor layer in which a plurality of field effect transistors having different threshold voltages or conductivity types are integrated on a flat substrate. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、HEMT(高電子移動度トランジ
スタ)或いはMESFET(ショットキーバリアゲート
電界効果トランジスタ)に代表される化合物半導体電界
効果トランジスタは、シリコンデバイスでは不可能であ
った高速動作、及び、低消費電力動作が可能であるため
に、高周波半導体装置として用いられているが、その利
点を十分に発揮するためには、素子が動作していない状
態での消費電力を小さく抑える必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, a compound semiconductor field effect transistor represented by HEMT (High Electron Mobility Transistor) or MESFET (Schottky Barrier Gate Field Effect Transistor) is capable of high-speed operation which has not been possible with silicon devices. It is used as a high-frequency semiconductor device because it can operate with low power consumption, but in order to take full advantage of it, it is necessary to keep power consumption low when the element is not operating.

【0003】そのためには、シリコンデバイスにおいて
実現しているように、相補型素子と高速動作素子との集
積化技術の開発が必要であり、相補型素子の形成に際し
ては、当然nチャネル素子とpチャネル素子の両方が必
要となり、一般には夫々の閾値電圧を0.2〜0.4V
及び−0.2〜−0.4Vに制御する必要がある。
To this end, it is necessary to develop an integration technology of complementary elements and high-speed operating elements, as is realized in silicon devices. Naturally, in forming complementary elements, n-channel elements and p-channel elements are formed. Both of the channel elements are required, and the threshold voltage of each is generally 0.2 to 0.4V.
And -0.2 to -0.4V must be controlled.

【0004】従来、このような導電型の異なる化合物半
導体電界効果トランジスタを集積化する場合には、図9
に示すようにnチャネル素子用とpチャネル素子用の異
なった構造を別々に用意していた。
Conventionally, when integrating such compound semiconductor field effect transistors having different conductivity types, FIG.
As shown in, the different structures for the n-channel device and the p-channel device were prepared separately.

【0005】図9参照 まず、半絶縁性GaAs基板等の半導体基板29上に、
i型GaAs層等のバッファ層30、p型GaAs層等
のpドーピング層31、i型InGaAs層等のチャネ
ル層32、i型AlGaAs層等の障壁層33、i型G
aAs層等のキャップ層34、i型AlGaAs等のエ
ッチングストッパ層35、i型GaAs層等のバッファ
層36、n型GaAs層等のnドーピング層37、i型
InGaAs層等のチャネル層38、i型AlGaAs
層等の障壁層39、及び、i型GaAs層等のキャップ
層40をMOVPE法(有機金属気相成長法)等によっ
て順次エピタキシャル成長させる。
Referring to FIG. 9, first, on a semiconductor substrate 29 such as a semi-insulating GaAs substrate,
A buffer layer 30 such as an i-type GaAs layer, a p-doping layer 31 such as a p-type GaAs layer, a channel layer 32 such as an i-type InGaAs layer, a barrier layer 33 such as an i-type AlGaAs layer, and an i-type G
A cap layer 34 such as an aAs layer, an etching stopper layer 35 such as i-type AlGaAs, a buffer layer 36 such as an i-type GaAs layer, an n-doping layer 37 such as an n-type GaAs layer, a channel layer 38 such as an i-type InGaAs layer 38, i Type AlGaAs
A barrier layer 39 such as a layer and a cap layer 40 such as an i-type GaAs layer are sequentially epitaxially grown by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition) or the like.

【0006】次いで、フォトレジスト(図示せず)をマ
スクとしてキャップ層40乃至エッチングストッパ層3
5の一部を選択的に除去してキャップ層34を露出した
のち、全面にWSiを堆積させてパターニングすること
によってキャップ層34表面にpチャネルFET用ゲー
ト電極41を設け、また、キャップ層40表面にはEモ
ードFET用ゲート電極42を設ける。
Then, using the photoresist (not shown) as a mask, the cap layer 40 to the etching stopper layer 3 are formed.
5 is selectively removed to expose the cap layer 34, and then WSi is deposited on the entire surface and patterned to provide the p-channel FET gate electrode 41 on the surface of the cap layer 34, and the cap layer 40. The E-mode FET gate electrode 42 is provided on the surface.

【0007】次いで、イオン注入によりチャネル層32
及び38に達するコンタクト領域、即ち、ソース・ドレ
イン領域(図示せず)を形成したのち、ソース・ドレイ
ン領域上にオーミック電極(図示せず)を設けて相補型
化合物半導体装置が完成する。
Then, the channel layer 32 is formed by ion implantation.
After forming contact regions reaching 38 and 38, that is, source / drain regions (not shown), ohmic electrodes (not shown) are provided on the source / drain regions to complete the complementary compound semiconductor device.

【0008】また、相補型素子と高速動作素子とを集積
化する場合には、閾値電圧の異なる電界効果トランジス
タをもう一つ設けることが必要になるが、この様なpチ
ャネルFETと、EモードとDモードのnチャネルFE
Tを集積化した従来の相補型化合物半導体装置を図10
を参照して説明する。
Further, when integrating the complementary element and the high-speed operation element, it is necessary to provide another field effect transistor having a different threshold voltage. Such a p-channel FET and an E mode are used. And D mode n channel FE
A conventional complementary compound semiconductor device in which T is integrated is shown in FIG.
Will be described with reference to.

【0009】図10参照 まず、半絶縁性GaAs基板等の半導体基板29上に、
i型GaAs層等のバッファ層30、p型GaAs層等
のpドーピング層31、i型InGaAs層等のチャネ
ル層32、i型AlGaAs層等の障壁層33、i型G
aAs層等のキャップ層34、i型AlGaAs等のエ
ッチングストッパ層35、i型GaAs層等のバッファ
層36、n型GaAs層等のnドーピング層37、i型
InGaAs層等のチャネル層38、i型AlGaAs
層等の障壁層39、i型GaAs層等のキャップ層4
0、i型AlGaAs層等のエッチングストッパ層4
3、及び、i型GaAs層等からなるVth調整層44を
MOVPE法等によって順次エピタキシャル成長させ
る。
First, on a semiconductor substrate 29 such as a semi-insulating GaAs substrate, see FIG.
A buffer layer 30 such as an i-type GaAs layer, a p-doping layer 31 such as a p-type GaAs layer, a channel layer 32 such as an i-type InGaAs layer, a barrier layer 33 such as an i-type AlGaAs layer, and an i-type G
A cap layer 34 such as an aAs layer, an etching stopper layer 35 such as i-type AlGaAs, a buffer layer 36 such as an i-type GaAs layer, an n-doping layer 37 such as an n-type GaAs layer, a channel layer 38 such as an i-type InGaAs layer 38, i Type AlGaAs
A barrier layer 39 such as a layer and a cap layer 4 such as an i-type GaAs layer
0, etching stopper layer 4 such as i-type AlGaAs layer
3, and the V th adjusting layer 44 composed of the i-type GaAs layer and the like are sequentially epitaxially grown by the MOVPE method or the like.

【0010】次いで、フォトレジスト(図示せず)をマ
スクとしてVth調整層44及びエッチングストッパ層4
3の一部を選択的に除去してキャップ層40を露出さ
せ、次いで、新たなフォトレジスト(図示せず)をマス
クとして露出したキャップ層40乃至エッチングストッ
パ層35の一部を選択的に除去してキャップ層34を露
出させたのち、全面にWSiを堆積させてパターニング
することによってキャップ層34表面にpチャネルFE
T用ゲート電極41を、キャップ層40表面にはEモー
ドFET用ゲート電極42を、さらに、Vth調整層44
表面にはDモードFET用ゲート電極45を形成する。
Next, using the photoresist (not shown) as a mask, the V th adjusting layer 44 and the etching stopper layer 4 are formed.
3 is selectively removed to expose the cap layer 40, and then a part of the exposed cap layer 40 to the etching stopper layer 35 is selectively removed using a new photoresist (not shown) as a mask. Then, the cap layer 34 is exposed, and then WSi is deposited on the entire surface and patterned to form a p-channel FE on the surface of the cap layer 34.
The gate electrode 41 for T, the gate electrode 42 for E-mode FET on the surface of the cap layer 40, and the V th adjustment layer 44.
A D-mode FET gate electrode 45 is formed on the surface.

【0011】最後に、イオン注入によってチャネル層3
2及び38に達するソース・ドレイン領域(図示せず)
を形成したのち、ソース・ドレイン領域上にオーミック
電極(図示せず)を設けて相補型素子と高速動作素子と
を集積化した相補型化合物半導体装置が完成する。
Finally, the channel layer 3 is formed by ion implantation.
Source / drain regions reaching 2 and 38 (not shown)
After forming, the ohmic electrodes (not shown) are provided on the source / drain regions to complete the complementary compound semiconductor device in which the complementary element and the high-speed operation element are integrated.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の相補型
化合物半導体装置においては、pドーピング層31乃至
キャップ層34からなるpチャネルFET用構造と、エ
ッチングストッパ層35乃至キャップ層40からなるn
チャネルFET用構造とを別々に用意する必要があり、
エピタキシャル成長工程及び選択エッチング工程等の製
造工程が複雑になると共に、ウェハ表面に段差が形成さ
れるので集積度を向上させることが困難であった。
However, in the conventional complementary compound semiconductor device, a p-channel FET structure including the p-doping layer 31 to the cap layer 34 and an n-type structure including the etching stopper layer 35 to the cap layer 40 are used.
It is necessary to separately prepare the structure for the channel FET,
Since the manufacturing process such as the epitaxial growth process and the selective etching process is complicated and a step is formed on the wafer surface, it is difficult to improve the degree of integration.

【0013】また、相補型素子と高速動作素子とを集積
化した相補型化合物半導体装置においても、pドーピン
グ層31乃至キャップ層34からなるpチャネルFET
用構造、エッチングストッパ層35乃至キャップ層40
からなるEモードnチャネルFET用構造、及び、エッ
チングストッパ層35乃至Vth調整層44からなるDモ
ードnチャネルFET用構造とを別々に用意する必要が
あり、製造工程がさらに複雑になると共に段差が3段に
なるので集積度を向上させることがさらに困難であっ
た。
Also in the complementary compound semiconductor device in which the complementary element and the high-speed operation element are integrated, a p-channel FET including the p-doping layer 31 to the cap layer 34 is formed.
Structure, etching stopper layer 35 to cap layer 40
It is necessary to separately prepare an E-mode n-channel FET structure composed of and an D-mode n-channel FET structure composed of the etching stopper layer 35 to the V th adjusting layer 44, which further complicates the manufacturing process and causes a step difference. Since it has three stages, it was more difficult to improve the degree of integration.

【0014】したがって、本発明は、相補型化合物半導
体装置、或いは、相補型素子と高速動作素子とを集積化
した相補型化合物半導体装置の製造に際し、製造工程を
簡素化すると共に、表面を平坦化して集積度を向上する
ことを目的とする。
Therefore, according to the present invention, in manufacturing a complementary compound semiconductor device or a complementary compound semiconductor device in which a complementary element and a high-speed operation element are integrated, the manufacturing process is simplified and the surface is flattened. The purpose is to improve the degree of integration.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、図1を参照して本発明における課題
を解決するための手段を説明する。 図1(a)及び(b)参照 (1)本発明は、化合物半導体装置の製造方法におい
て、チャネル層4を設けた半導体基体1〜5上に、隣接
する領域において互いに層厚の異なる半導体キャップ層
6(8)を半導体基体1〜5上に設けて熱処理を行った
のち、半導体キャップ層6(8)の少なくとも一部8を
除去して半導体基体1〜5表面を平坦化し、次いで、半
導体基体1〜5に閾値電圧及び導電型の少なくとも一方
が異なる電界効果トランジスタを集積化したことを特徴
とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle structure of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG. 1 (a) and 1 (b) (1) The present invention relates to a method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein semiconductor caps having different layer thicknesses in adjacent regions are provided on the semiconductor substrates 1 to 5 provided with the channel layer 4. After the layer 6 (8) is provided on the semiconductor substrates 1-5 and heat-treated, at least a part 8 of the semiconductor cap layer 6 (8) is removed to planarize the surface of the semiconductor substrates 1-5, and then the semiconductor It is characterized in that field effect transistors having different threshold voltages and / or conductivity types are integrated on the substrates 1 to 5.

【0016】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、半導体基体が、半導体基板1と、その上に順次積層
させたバッファ層2、Vth調整ドーピング層3、チャネ
ル層4、及び、障壁層5からなり、また、半導体キャッ
プ層が、均一な厚さのキャップ層6とその上に選択的に
設けた所定パターンのアニールキャップ層8とからな
り、熱処理後にアニールキャップ層8を除去することを
特徴とする。なお、図における符号7はエッチングスト
ッパ層であり、また、符号9及び10は夫々第1ゲート
電極及び第2ゲート電極である。
(2) Further, in the present invention according to the above (1), the semiconductor substrate includes a semiconductor substrate 1, a buffer layer 2, a V th adjusting doping layer 3, a channel layer 4, and a V th adjusting doping layer 3 which are sequentially stacked on the semiconductor substrate 1. , The barrier layer 5, and the semiconductor cap layer is composed of the cap layer 6 having a uniform thickness and the annealing cap layer 8 having a predetermined pattern selectively provided thereon, and the annealing cap layer 8 is removed after the heat treatment. It is characterized by doing. In the figure, reference numeral 7 is an etching stopper layer, and reference numerals 9 and 10 are a first gate electrode and a second gate electrode, respectively.

【0017】(3)また、本発明は、化合物半導体装置
の製造方法において、半導体基板(図6の11)上に、
バッファ層(図6の12)、Vth調整ドーピング層(図
6の13)、チャネル層(図6の14)、障壁層(図6
の15)、キャップ層(図6の16)、第1エッチング
ストッパ層(図6の17)、及び、第1アニールキャッ
プ層(図6の18)を順次成長させる工程と、第1の導
電型を有する電界効果トランジスタ形成領域の第1アニ
ールキャップ層(図6の18)及び第1エッチングスト
ッパ層(図6の17)を除去したのち熱処理を行う工程
と、残存する第1アニールキャップ層(図6の18)及
び第1エッチングストッパ層(図6の17)を除去する
工程と、第1の導電型を有する電界効果トランジスタ形
成領域とそれ以外の領域とに互いに導電型の異なる電界
効果トランジスタを形成する工程とを含むことを特徴と
する。
(3) Further, in the present invention, in the method of manufacturing a compound semiconductor device, a semiconductor substrate (11 in FIG. 6) is provided with:
Buffer layer (12 in FIG. 6), V th adjustment doping layer (13 in FIG. 6), channel layer (14 in FIG. 6), barrier layer (FIG. 6)
15), a cap layer (16 in FIG. 6), a first etching stopper layer (17 in FIG. 6), and a first annealing cap layer (18 in FIG. 6), and a first conductivity type. Removing the first anneal cap layer (18 in FIG. 6) and the first etching stopper layer (17 in FIG. 6) in the field effect transistor formation region having the anneal, and the remaining first anneal cap layer (FIG. 6) and the first etching stopper layer (17 in FIG. 6) are removed, and field effect transistors having different conductivity types are formed in the field effect transistor formation region having the first conductivity type and the other region. And a forming step.

【0018】(4)また、本発明は、上記(3)におい
て、Vth調整ドーピング層(図6の13)がSiドープ
n型GaAs層であり、チャネル層(図6の14)がI
nGaAs層であり、障壁層(図6の15)がAlGa
As層又はInGaP層であり、キャップ層(図6の1
6)及び第1アニールキャップ層(図6の18)がGa
As層であり、第1エッチングストッパ層(図6の1
7)がAlGaAs層又はInGaP層であり、さら
に、第1の導電型がp型であることを特徴とする。
(4) Further, in the present invention according to the above (3), the V th adjusting doping layer (13 in FIG. 6) is a Si-doped n-type GaAs layer and the channel layer (14 in FIG. 6) is I.
It is an nGaAs layer, and the barrier layer (15 in FIG. 6) is AlGa.
As layer or InGaP layer, which is a cap layer (1 in FIG. 6).
6) and the first anneal cap layer (18 in FIG. 6) is Ga
As layer, which is the first etching stopper layer (1 in FIG. 6).
7) is an AlGaAs layer or an InGaP layer, and the first conductivity type is p-type.

【0019】(5)また、本発明は、化合物半導体装置
の製造方法において、半導体基板(図3の11)上に、
バッファ層(図3の12)、Vth調整ドーピング層(図
3の13)、チャネル層(図3の14)、障壁層(図3
の15)、キャップ層(図3の16)、第1エッチング
ストッパ層(図3の17)、第1アニールキャップ層
(図3の18)、第2エッチングストッパ層(図3の1
9)、及び、第2アニールキャップ層(図3の20)を
順次成長させる工程と、第1の閾値電圧を有する電界効
果トランジスタ形成領域の第2アニールキャップ層(図
3の20)及び第2エッチングストッパ層(図3の1
9)を除去したのち熱処理を行う工程と、残存する第2
アニールキャップ層(図3の20)及び第2エッチング
ストッパ層(図3の19)を除去したのち第1アニール
キャップ層(図3の18)及び第1エッチングストッパ
層(図3の17)を除去する工程と、第1の閾値電圧を
有する電界効果トランジスタ形成領域とそれ以外の領域
とに互いに閾値電圧の異なる電界効果トランジスタを形
成する工程とを含むことを特徴とする。
(5) The present invention also provides a method for manufacturing a compound semiconductor device, wherein a semiconductor substrate (11 in FIG. 3) is provided with:
Buffer layer (12 in FIG. 3), V th adjustment doping layer (13 in FIG. 3), channel layer (14 in FIG. 3), barrier layer (FIG. 3)
15), a cap layer (16 in FIG. 3), a first etching stopper layer (17 in FIG. 3), a first annealing cap layer (18 in FIG. 3), a second etching stopper layer (1 in FIG. 3).
9), and the step of sequentially growing the second anneal cap layer (20 in FIG. 3), the second anneal cap layer (20 in FIG. 3) and the second anneal cap layer in the field effect transistor formation region having the first threshold voltage. Etching stopper layer (1 in FIG. 3)
After removing 9), a step of performing heat treatment and a second step that remains
After removing the annealing cap layer (20 in FIG. 3) and the second etching stopper layer (19 in FIG. 3), the first annealing cap layer (18 in FIG. 3) and the first etching stopper layer (17 in FIG. 3) are removed. And a step of forming field effect transistors having different threshold voltages in the field effect transistor formation region having the first threshold voltage and the other region.

【0020】(6)また、本発明は、上記(5)におい
て、Vth調整ドーピング層(図3の13)がSiドープ
n型GaAs層であり、チャネル層(図3の14)がI
nGaAs層であり、障壁層(図3の15)がAlGa
As層又はInGaP層であり、キャップ層(図3の1
6)、第1アニールキャップ層(図3の18)、及び、
第2アニールキャップ層(図3の20)がGaAs層で
あり、第1及び第2エッチングストッパ層(図3の1
7,19)がAlGaAs層又はInGaP層であり、
さらに、第1の閾値電圧が0V以上であることを特徴と
する。
(6) Further, in the present invention according to the above (5), the V th adjusting doping layer (13 in FIG. 3) is a Si-doped n-type GaAs layer, and the channel layer (14 in FIG. 3) is I.
nGaAs layer, and the barrier layer (15 in FIG. 3) is AlGa
As layer or InGaP layer, which is a cap layer (1 in FIG. 3).
6), the first anneal cap layer (18 in FIG. 3), and
The second annealing cap layer (20 in FIG. 3) is a GaAs layer, and the first and second etching stopper layers (1 in FIG. 3).
7, 19) is an AlGaAs layer or an InGaP layer,
Further, the first threshold voltage is 0 V or higher.

【0021】(7)また、本発明は、化合物半導体装置
の製造方法において、半導体基板(図7の11)上に、
バッファ層(図7の12)、Vth調整ドーピング層(図
7の13)、チャネル層(図7の14)、障壁層(図7
の15)、キャップ層(図7の16)、第1エッチング
ストッパ層(図7の17)、第1アニールキャップ層
(図7の18)、第2エッチングストッパ層(図7の1
9)、及び、第2アニールキャップ層(図7の20)を
順次成長させる工程と、第1の導電型を有する電界効果
トランジスタ形成領域及び第1の閾値電圧を有する電界
効果トランジスタ形成領域の第2アニールキャップ層
(図7の20)及び第2エッチングストッパ層(図7の
19)を除去する工程と、第1の導電型の電界効果トラ
ンジスタ形成領域の第1アニールキャップ層(図7の1
8)及び第1エッチングストッパ層(図7の17)を除
去したのち熱処理を行う工程と、残存する第2アニール
キャップ層(図7の20)及び第2エッチングストッパ
層(図7の19)を除去したのち第1アニールキャップ
層(図7の18)及び第1エッチングストッパ層(図7
の17)を除去する工程と、第1の導電型を有する電界
効果トランジスタ形成領域、第1の閾値電圧の電界効果
トランジスタ形成領域、及び、それ以外の領域とに互い
に導電型或いは閾値電圧の異なる電界効果トランジスタ
を形成する工程とを含むことを特徴とする。
(7) Further, the present invention provides a method for manufacturing a compound semiconductor device, wherein a semiconductor substrate (11 in FIG. 7) is provided with:
Buffer layer (12 in FIG. 7), V th adjustment doping layer (13 in FIG. 7), channel layer (14 in FIG. 7), barrier layer (FIG. 7)
15), a cap layer (16 in FIG. 7), a first etching stopper layer (17 in FIG. 7), a first annealing cap layer (18 in FIG. 7), a second etching stopper layer (1 in FIG. 7).
9), and a step of sequentially growing the second annealing cap layer (20 in FIG. 7), and a step of forming a field effect transistor forming region having a first conductivity type and a field effect transistor forming region having a first threshold voltage. The step of removing the second annealing cap layer (20 in FIG. 7) and the second etching stopper layer (19 in FIG. 7), and the first annealing cap layer (1 in FIG. 7) in the first conductivity type field effect transistor formation region.
8) and the step of performing heat treatment after removing the first etching stopper layer (17 in FIG. 7) and the remaining second annealing cap layer (20 in FIG. 7) and second etching stopper layer (19 in FIG. 7). After the removal, the first annealing cap layer (18 in FIG. 7) and the first etching stopper layer (FIG. 7).
17), the field effect transistor formation region having the first conductivity type, the field effect transistor formation region having the first threshold voltage, and the other region have different conductivity types or threshold voltages. And a step of forming a field effect transistor.

【0022】(8)また、本発明は、上記(7)におい
て、Vth調整ドーピング層(図7の13)がSiドープ
n型GaAs層であり、チャネル層(図7の14)がI
nGaAs層であり、障壁層(図7の15)がAlGa
As層又はInGaP層であり、キャップ層(図7の1
6)、第1アニールキャップ層(図7の18)、及び、
第2アニールキャップ層(図7の20)がGaAs層で
あり、第1及び第2エッチングストッパ層(図7の1
7,19)がAlGaAs層又はInGaP層であり、
さらに、第1の導電型がp型であり、また、第1の閾値
電圧が0V以上であることを特徴とする。
(8) Further, in the present invention according to the above (7), the V th adjustment doping layer (13 in FIG. 7) is a Si-doped n-type GaAs layer and the channel layer (14 in FIG. 7) is I.
It is an nGaAs layer and the barrier layer (15 in FIG. 7) is AlGa.
As layer or InGaP layer, and cap layer (1 in FIG. 7).
6), the first anneal cap layer (18 in FIG. 7), and
The second annealing cap layer (20 in FIG. 7) is a GaAs layer, and the first and second etching stopper layers (1 in FIG. 7).
7, 19) is an AlGaAs layer or an InGaP layer,
Further, the first conductivity type is p-type, and the first threshold voltage is 0 V or higher.

【0023】(9)また、本発明は、上記(5)乃至
(8)において、バッファ層(図5及び図8の12)と
th調整ドーピング層(図5及び図8の13)との間
に、短チャネル効果防止層(図5及び図8の27)を設
けたことを特徴とする。
(9) In addition, according to the present invention, in the above (5) to (8), a buffer layer (12 in FIGS. 5 and 8) and a V th adjusting doping layer (13 in FIGS. 5 and 8) are provided. A short channel effect preventing layer (27 in FIGS. 5 and 8) is provided between them.

【0024】(10)また、本発明は、上記(9)にお
いて短チャネル効果防止層(図5及び図8の27)がC
ドープp型GaAs層であることを特徴とする。
(10) In the present invention, in the above (9), the short channel effect preventing layer (27 in FIGS. 5 and 8) is C.
It is characterized by being a doped p-type GaAs layer.

【0025】[0025]

【作用】本発明においては、チャネル層4を設けた半導
体基体1〜5上に、隣接する領域において互いに層厚の
異なる半導体キャップ層6,8を半導体基体1〜5上に
設けて熱処理を行うことにより、キャップ層6,8の厚
さの差により電界効果トランジスタの導電型及び閾値電
圧を任意に制御することができる。
In the present invention, the semiconductor caps 6 and 8 having different layer thicknesses in the adjacent regions are provided on the semiconductor substrates 1 to 5 provided with the channel layer 4, and the heat treatment is performed. As a result, the conductivity type and the threshold voltage of the field effect transistor can be arbitrarily controlled by the difference in the thickness of the cap layers 6 and 8.

【0026】この事情を図2を参照して説明する。 図2(a)参照 図2(a)は、実験に用いた試料の層構造を示すもの
で、GaAsからなる半導体基板1上に、300nmの
厚さのi型GaAsからなるバッファ層2、10nmの
厚さで電子濃度が2×1018cm-3のSiドープn型G
aAsからなるV th調整ドーピング層3、15nmのi
型InGaAsからなるチャネル層4、及び、20nm
のi型AlGaAsからなる障壁層5を設けたのち、厚
さd(nm)のi型GaAsからなるキャップ層6を設
け、このキャップ層の厚さを変えて実験を行った。
This situation will be described with reference to FIG. See FIG. 2 (a). FIG. 2 (a) shows the layer structure of the sample used in the experiment.
Then, on the semiconductor substrate 1 made of GaAs,
Buffer layer 2 made of i-type GaAs having a thickness of 2 and 10 nm
Electron density is 2 × 10 in thickness18cm-3Si-doped n-type G
V consisting of aAs thAdjusting doping layer 3, 15 nm i
Type InGaAs channel layer 4 and 20 nm
After providing the barrier layer 5 made of i-type AlGaAs,
A cap layer 6 made of i-type GaAs having a thickness of d (nm) is provided.
However, the experiment was performed by changing the thickness of the cap layer.

【0027】図2(b)参照 図2(b)は、上記の試料を用いて700℃で20秒間
熱処理したのち、C−V測定で閾値電圧(Vth)で測定
した結果を示すものであり、キャップ層の厚さが厚いほ
ど閾値電圧(Vth)の変化量が少ないことが分かり、こ
のキャップ層の厚さを変えることにより、閾値電圧を任
意に変化させることができる。
See FIG. 2B. FIG. 2B shows the results of CV measurement at a threshold voltage (V th ) after heat-treating the above sample at 700 ° C. for 20 seconds. It is found that the larger the thickness of the cap layer, the smaller the amount of change in the threshold voltage (V th ). By changing the thickness of the cap layer, the threshold voltage can be arbitrarily changed.

【0028】この現象は、熱処理によってVth調整ドー
ピング層3中のSiが拡散により、障壁層5側に移動す
ることによるものであり、キャップ層6の厚さが薄く熱
処理の影響を大きく受ける場合には、拡散するSiの量
が多くなり、その結果、nチャネル電界効果トランジス
タの場合には閾値電圧が高くなる。
This phenomenon is due to the fact that Si in the V th adjusting doping layer 3 is diffused and moved to the barrier layer 5 side by heat treatment, and when the thickness of the cap layer 6 is thin and is greatly affected by heat treatment. In this case, the amount of Si diffused increases, and as a result, the threshold voltage increases in the case of an n-channel field effect transistor.

【0029】また、熱処理後に半導体キャップ層6,8
の少なくとも一部を除去して半導体基体表面を平坦化
し、次いで、半導体基体に閾値電圧及び導電型の少なく
とも一方が異なる化合物半導体電界効果トランジスタを
形成するので、ゲート電極やソース・ドレイン電極、或
いは、イオン注入用マスクのパターニングが容易になる
ので、製造工程全体が簡素化され、且つ、集積度も向上
する。
Further, after the heat treatment, the semiconductor cap layers 6 and 8 are formed.
Of the compound semiconductor field effect transistor having at least one of the threshold voltage and the conductivity type different from each other is formed on the semiconductor substrate, so that the gate electrode, the source / drain electrode, or Since the patterning of the ion implantation mask is facilitated, the entire manufacturing process is simplified and the degree of integration is improved.

【0030】また、チャネル層4と障壁層5との界面に
は、電子親和力の差に基づいてエネルギーバンドの不連
続部が形成され、不連続部に起因してチャネル層側に2
次元電子ガスが形成され、また、半導体キャップ層が、
均一な厚さのキャップ層6とその上に選択的に設けた所
定パターンのアニールキャップ層8とから構成すること
により、厚さの異なったパターンのキャップ層6,8の
形成が容易になる。
An energy band discontinuity is formed at the interface between the channel layer 4 and the barrier layer 5 based on the difference in electron affinity, and due to the discontinuity, 2 is formed on the channel layer side.
Dimensional electron gas is formed, and the semiconductor cap layer is
By forming the cap layer 6 having a uniform thickness and the annealing cap layer 8 having a predetermined pattern selectively provided thereon, the cap layers 6 and 8 having different thicknesses can be easily formed.

【0031】また、半導体基板11上に、バッファ層1
2、Vth調整ドーピング層13、チャネル層14、障壁
層15、キャップ層16、第1エッチングストッパ層1
7、及び、第1アニールキャップ層18を順次成長させ
る工程ののち、第1の導電型を有する電界効果トランジ
スタ形成領域の第1アニールキャップ層18及び第1エ
ッチングストッパ層17を除去したのち熱処理する工程
を行うことにより、第1アニールキャップ層18を除去
した領域をpチャネル型に、それ以外の領域をnチャネ
ル型に閾値電圧を制御することができる。
The buffer layer 1 is formed on the semiconductor substrate 11.
2, V th adjustment doping layer 13, channel layer 14, barrier layer 15, cap layer 16, first etching stopper layer 1
7 and the step of sequentially growing the first anneal cap layer 18, after removing the first anneal cap layer 18 and the first etching stopper layer 17 in the field effect transistor forming region having the first conductivity type, heat treatment is performed. By performing the process, the threshold voltage can be controlled to be a p-channel type in the region where the first annealing cap layer 18 is removed and an n-channel type in the other regions.

【0032】また、第1アニールキャップ層18及び第
1エッチングストッパ層17を除去して表面を平坦化し
たのちに、互いに異なった導電型の電界効果トランジス
タを夫々の領域に形成するので製造工程全体が簡素化さ
れ、且つ、集積度も向上する。
Further, after removing the first anneal cap layer 18 and the first etching stopper layer 17 to flatten the surface, field effect transistors of different conductivity types are formed in the respective regions, so that the whole manufacturing process is performed. Is simplified and the degree of integration is also improved.

【0033】また、Vth調整ドーピング層13をSiド
ープn型GaAs層とし、チャネル層14をInGaA
s層とし、障壁層15をAlGaAs層又はInGaP
層とし、キャップ層16及び第1アニールキャップ層1
8をGaAs層とし、第1エッチングストッパ層17を
AlGaAs層又はInGaP層とすることにより、相
補型電界効果トランジスタを具体的に実現することがで
きる。
Further, the V th adjustment doping layer 13 is a Si-doped n-type GaAs layer, and the channel layer 14 is InGaA.
s layer, and the barrier layer 15 is an AlGaAs layer or InGaP
As a layer, the cap layer 16 and the first annealing cap layer 1
8 is a GaAs layer and the first etching stopper layer 17 is an AlGaAs layer or an InGaP layer, a complementary field effect transistor can be specifically realized.

【0034】また、半導体基板11上に、バッファ層1
2、Vth調整ドーピング層13、チャネル層14、障壁
層15、キャップ層16、第1エッチングストッパ層1
7、第1アニールキャップ層18、第2エッチングスト
ッパ層19、及び、第2アニールキャップ層20を順次
成長させる工程ののち、第1の閾値電圧を有する電界効
果トランジスタ形成領域の第2アニールキャップ層20
及び第2エッチングストッパ層19を除去したのち熱処
理する工程を行うことにより、第2アニールキャップ層
20を除去した領域をEモードに、それ以外の領域をD
モードに制御することができる。
The buffer layer 1 is formed on the semiconductor substrate 11.
2, V th adjustment doping layer 13, channel layer 14, barrier layer 15, cap layer 16, first etching stopper layer 1
7, the first annealing cap layer 18, the second etching stopper layer 19, and the second annealing cap layer 20 are sequentially grown, and then the second annealing cap layer in the field effect transistor formation region having the first threshold voltage. 20
By performing the step of removing the second etching stopper layer 19 and then performing the heat treatment, the region where the second annealing cap layer 20 is removed is set to the E mode, and the other region is set to the D mode.
The mode can be controlled.

【0035】また、Vth調整ドーピング層13をSiド
ープn型GaAs層とし、チャネル層14をInGaA
s層とし、障壁層15をAlGaAs層又はInGaP
層とし、キャップ層16、第1アニールキャップ層1
8、及び、第2アニールキャップ層20をGaAs層と
し、第1及び第2エッチングストッパ層17,19をA
lGaAs層又はInGaP層とすることによって、閾
値電圧の異なった高速動作電界効果トランジスタを具体
的に集積化することができる。
Further, the V th adjusting doping layer 13 is a Si-doped n-type GaAs layer, and the channel layer 14 is InGaA.
s layer, and the barrier layer 15 is an AlGaAs layer or InGaP
As the layers, the cap layer 16 and the first annealing cap layer 1
8 and the second annealing cap layer 20 are GaAs layers, and the first and second etching stopper layers 17 and 19 are A
By using the 1GaAs layer or the InGaP layer, it is possible to specifically integrate high-speed field effect transistors having different threshold voltages.

【0036】また、半導体基板11上に、バッファ層1
2、Vth調整ドーピング層13、チャネル層14、障壁
層15、キャップ層16、第1エッチングストッパ層1
7、第1アニールキャップ層18、第2エッチングスト
ッパ層19、及び、第2アニールキャップ層20を順次
成長させる工程ののち、第1の導電型を有する電界効果
トランジスタ形成領域及び第1の閾値電圧を有する電界
効果トランジスタ形成領域の第2アニールキャップ層2
0及び第2エッチングストッパ層19を除去する工程を
行い、次いで、第1の導電型の電界効果トランジスタ形
成領域の第1アニールキャップ層18及び第1エッチン
グストッパ層17を除去したのち熱処理する工程を行う
ことにより、第1及び第2アニールキャップ層18,2
0を除去した領域をpチャネル型に、第2アニールキャ
ップ層20を除去した領域をEモードに、それ以外の領
域をDモードに制御することができる。
The buffer layer 1 is formed on the semiconductor substrate 11.
2, V th adjustment doping layer 13, channel layer 14, barrier layer 15, cap layer 16, first etching stopper layer 1
7, the first annealing cap layer 18, the second etching stopper layer 19, and the second annealing cap layer 20 are sequentially grown, and then the field effect transistor forming region having the first conductivity type and the first threshold voltage are formed. Second annealing cap layer 2 in the field effect transistor formation region having
0 and the second etching stopper layer 19 are removed, and then the first annealing cap layer 18 and the first etching stopper layer 17 in the first conductivity type field effect transistor forming region are removed and then heat treatment is performed. By doing so, the first and second annealing cap layers 18, 2
The region where 0 is removed can be controlled to be a p-channel type, the region where the second annealing cap layer 20 is removed can be controlled to be the E mode, and the other regions can be controlled to be the D mode.

【0037】また、Vth調整ドーピング層13をSiド
ープn型GaAs層とし、チャネル層14をInGaA
s層とし、障壁層15をAlGaAs層又はInGaP
層とし、キャップ層16、第1アニールキャップ層1
8、及び、第2アニールキャップ層20をGaAs層と
し、第1及び第2エッチングストッパ層17,19をA
lGaAs層又はInGaP層とすることによって、相
補型圧電界効果トランジスタと高速のDモード電界効果
トランジスタを具体的に集積化することができる。
The V th adjustment doping layer 13 is a Si-doped n-type GaAs layer, and the channel layer 14 is InGaA.
s layer, and the barrier layer 15 is an AlGaAs layer or InGaP
As the layers, the cap layer 16 and the first annealing cap layer 1
8 and the second annealing cap layer 20 are GaAs layers, and the first and second etching stopper layers 17 and 19 are A
By using the 1GaAs layer or the InGaP layer, the complementary piezoelectric field effect transistor and the high-speed D-mode field effect transistor can be specifically integrated.

【0038】また、バッファ層12とVth調整ドーピン
グ層13との間に、短チャネル効果防止層27を設けた
ことにより、チャネル層14下のバッファ層12側に空
間電荷制限電流が流れるのを防止することができ、した
がって、短チャネル効果を抑制することができる。
Since the short channel effect preventing layer 27 is provided between the buffer layer 12 and the V th adjusting doping layer 13, the space charge limiting current is prevented from flowing to the buffer layer 12 side below the channel layer 14. It is possible to prevent the short channel effect.

【0039】また、短チャネル効果防止層27をCドー
プp型GaAs層とすることにより、Cの拡散係数は小
さいので、閾値電圧制御の熱処理工程においてp型Ga
AsからのCの固相拡散はほとんど無視できるので、閾
値電圧制御に際して短チャネル効果防止層27の存在が
影響することがない。
Since the short channel effect preventing layer 27 is a C-doped p-type GaAs layer, the diffusion coefficient of C is small, so that p-type Ga is used in the heat treatment step of controlling the threshold voltage.
Since the solid phase diffusion of C from As is almost negligible, the presence of the short channel effect prevention layer 27 does not affect the threshold voltage control.

【0040】[0040]

【実施例】図3及び図4を参照してEモードFETとD
モードFETを集積化した本発明の第1の実施例の製造
工程を説明する。 図3(a)参照 まず、半絶縁性GaAs基板11上に、MOVPE法に
よってバッファ層となる厚さ500nmでアンドープの
i型GaAs層12、電子濃度が2×1018cm-3で厚
さが6nmの閾値電圧を調整するためのSiドープn型
GaAs層13、チャネル層となる厚さ15nmでアン
ドープのi型InGaAs層14、障壁層となる厚さ2
0nmのアンドープのi型AlGaAs層15、キャッ
プ層となる厚さ10nmのアンドープのi型GaAs層
16、エッチングストッパ層となる厚さ3nmでアンド
ープのi型AlGaAs層17、アニールキャップ層と
なる厚さ20nmでアンドープのi型GaAs層18、
エッチングストッパ層となる厚さ3nmでアンドープの
i型AlGaAs層19、及び、アニールキャップ層と
なる厚さ80nmでアンドープのi型GaAs層20を
順次エピタキシャル成長させる。
EXAMPLE Referring to FIGS. 3 and 4, an E mode FET and a D
A manufacturing process of the first embodiment of the present invention in which mode FETs are integrated will be described. See FIG. 3A. First, on the semi-insulating GaAs substrate 11, an undoped i-type GaAs layer 12 having a thickness of 500 nm and serving as a buffer layer by the MOVPE method, and having an electron concentration of 2 × 10 18 cm −3 and a thickness of Si-doped n-type GaAs layer 13 for adjusting the threshold voltage of 6 nm, channel layer 15 nm thick undoped i-type InGaAs layer 14, barrier layer thickness 2
Undoped i-type AlGaAs layer 15 having a thickness of 0 nm, undoped i-type GaAs layer 16 having a thickness of 10 nm serving as a cap layer, undoped i-type AlGaAs layer 17 having a thickness of 3 nm serving as an etching stopper layer, and thickness serving as an annealing cap layer. I-type GaAs layer 18 undoped at 20 nm,
An undoped i-type AlGaAs layer 19 having a thickness of 3 nm, which serves as an etching stopper layer, and an undoped i-type GaAs layer 20 having a thickness of 80 nm, which serves as an annealing cap layer, are sequentially epitaxially grown.

【0041】次いで、CCl2 2 をエッチングガスと
したドライ・エッチングによって、EモードFET形成
予定領域のi型GaAs層20を除去し、次いで、アン
モニア系のエッチング液によって露出したi型AlGa
As層19を除去したのち、N2 ガス雰囲気中で、70
0℃の温度で20秒間熱処理する。
Then, the i-type GaAs layer 20 in the E-mode FET formation region is removed by dry etching using CCl 2 F 2 as an etching gas, and then the i-type AlGa exposed by the ammonia-based etching solution is used.
After removing the As layer 19, in an N 2 gas atmosphere, 70
Heat treatment for 20 seconds at a temperature of 0 ° C.

【0042】この熱処理によって、図2(b)から分か
るように、EモードFET形成予定領域のキャップ層は
30nm(10+20)であるので約0.45V閾値電
圧が上昇し、また、それ以外の領域ではキャップ層の厚
さは110nm(10+20+80)であるのでほとん
ど閾値電圧が変化しない。
By this heat treatment, as can be seen from FIG. 2 (b), the cap layer in the E-mode FET formation planned region is 30 nm (10 + 20), so the threshold voltage rises by about 0.45 V, and the other regions Then, since the thickness of the cap layer is 110 nm (10 + 20 + 80), the threshold voltage hardly changes.

【0043】図3(b)参照 次いで、残存するi型GaAs層20及びi型AlGa
As層19を除去したのち、i型GaAs層18及びi
型AlGaAs層17も除去して表面を平坦化し、次い
で、WSiを全面にスパッタ法により堆積してパターニ
ングすることによって、EモードFET用ゲート電極2
1及びDモードFET用ゲート電極22を形成する。
Next, referring to FIG. 3B, the remaining i-type GaAs layer 20 and i-type AlGa
After removing the As layer 19, the i-type GaAs layer 18 and the i-type GaAs layer 18 are removed.
The type AlGaAs layer 17 is also removed to flatten the surface, and then WSi is deposited on the entire surface by a sputtering method and patterned, whereby the E-mode FET gate electrode 2 is formed.
The gate electrode 22 for 1 and D mode FET is formed.

【0044】図4(c)参照 次いで、Siを選択的にイオン注入したのち800℃で
5秒間活性化処理を行って、チャネル層であるi型Ga
As層14に達するソース領域23及びドレイン領域2
4を形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (c), Si is selectively ion-implanted and an activation process is performed at 800 ° C. for 5 seconds to form an i-type Ga that is a channel layer.
The source region 23 and the drain region 2 reaching the As layer 14
4 is formed.

【0045】図4(d)参照 最後に、Au・Ge/Auからなるオーミック電極を堆
積してパターニングすることによってソース・ドレイン
電極25,26を形成して、最終的に閾値電圧が0.2
VのEモードFETと閾値電圧が−0.2VのDモード
FETが得られる。
4D. Finally, the source / drain electrodes 25 and 26 are formed by depositing and patterning an ohmic electrode made of Au.Ge/Au, and finally the threshold voltage is 0.2.
An E mode FET of V and a D mode FET having a threshold voltage of -0.2V are obtained.

【0046】この第1の実施例においては、各電界効果
トランジスタの閾値電圧をキャップ層の厚さによって制
御するので、従来のように閾値電圧の異なる電界効果ト
ランジスタ毎に専用の構造を設ける必要がなく、また、
熱処理後にキャップ層を除去して電界効果トランジスタ
を形成するので、化合物半導体装置の製造工程が容易に
なり且つ集積度も向上する。
In the first embodiment, since the threshold voltage of each field effect transistor is controlled by the thickness of the cap layer, it is necessary to provide a dedicated structure for each field effect transistor having a different threshold voltage as in the conventional case. Not again
Since the field effect transistor is formed by removing the cap layer after the heat treatment, the manufacturing process of the compound semiconductor device is facilitated and the degree of integration is improved.

【0047】次に、図5を参照して本発明の第2の実施
例を説明する。この第2の実施例は、第1の実施例にお
けるバッファ層となるi型GaAs層12と閾値電圧を
調整するためのn型GaAs層13との間に短チャネル
効果防止層を設けたものであり、n型GaAs層13の
厚さを厚くした以外の構造及び製造工程は実施例1と実
質的に同等である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, a short channel effect prevention layer is provided between the i-type GaAs layer 12 serving as the buffer layer and the n-type GaAs layer 13 for adjusting the threshold voltage in the first embodiment. The structure and manufacturing process are substantially the same as those of the first embodiment except that the thickness of the n-type GaAs layer 13 is increased.

【0048】図5(a)参照 まず、半絶縁性GaAs基板11上に、MOVPE法に
よってバッファ層となる厚さ500nmでアンドープの
i型GaAs層12、正孔濃度が2×1018cm-3で厚
さが5nmの短チャネル防止層となるCドープp型Ga
As層27、電子濃度が2×1018cm-3で厚さが11
nmの閾値電圧を調整するためのSiドープn型GaA
s層13、チャネル層となる厚さ15nmでアンドープ
のi型InGaAs層14、障壁層となる厚さ20nm
のアンドープのi型AlGaAs層15、キャップ層と
なる厚さ10nmのアンドープのi型GaAs層16、
エッチングストッパ層となる厚さ3nmでアンドープの
i型AlGaAs層17、アニールキャップ層となる厚
さ20nmでアンドープのi型GaAs層18、エッチ
ングストッパ層となる厚さ3nmでアンドープのi型A
lGaAs層19、及び、アニールキャップ層となる厚
さ80nmでアンドープのi型GaAs層20を順次エ
ピタキシャル成長させる。
5 (a). First, on the semi-insulating GaAs substrate 11, an undoped i-type GaAs layer 12 having a thickness of 500 nm to be a buffer layer by MOVPE method, and a hole concentration of 2 × 10 18 cm −3. -Doped p-type Ga to be a short channel prevention layer with a thickness of 5 nm
As layer 27, electron concentration is 2 × 10 18 cm −3 and thickness is 11
Si-doped n-type GaA for adjusting the threshold voltage of nm
s layer 13, channel layer 15 nm thick with undoped i-type InGaAs layer 14, barrier layer thickness 20 nm
Undoped i-type AlGaAs layer 15 and a 10-nm-thick undoped i-type GaAs layer 16 serving as a cap layer,
An undoped i-type AlGaAs layer 17 having a thickness of 3 nm to be an etching stopper layer, an undoped i-type GaAs layer 18 having a thickness of 20 nm to be an annealing cap layer, and an undoped i-type A having a thickness of 3 nm to be an etching stopper layer.
The lGaAs layer 19 and an undoped i-type GaAs layer 20 having a thickness of 80 nm, which will be an annealing cap layer, are sequentially epitaxially grown.

【0049】図5(b)参照 以後の工程は第1の実施例と同様にして、閾値電圧が
0.2VのEモードFETと閾値電圧が−0.2VのD
モードFETが得られる。なお、図においては、ソース
・ドレイン領域及びソース・ドレイン電極を省略してお
り、以下の図においても同様である。この場合、p型G
aAs層27に含まれたC(炭素)の拡散係数は小さい
ので閾値電圧制御の際の熱処理工程でほとんど拡散する
ことがなく、閾値電圧制御に実質的に影響を与えること
がない。
As shown in FIG. 5B, the subsequent steps are the same as in the first embodiment, and the E-mode FET having a threshold voltage of 0.2V and the D-mode FET having a threshold voltage of -0.2V.
A mode FET is obtained. Note that the source / drain regions and the source / drain electrodes are omitted in the figures, and the same applies to the following figures. In this case, p-type G
Since the diffusion coefficient of C (carbon) contained in the aAs layer 27 is small, it hardly diffuses in the heat treatment step for controlling the threshold voltage, and does not substantially affect the threshold voltage control.

【0050】ここで、短チャネル効果について簡単に説
明する。短チャネル効果とは、電界効果トランジスタの
ゲート長が短くなるにしたがって相互コンダクタンスg
m が低下する現象であり、これは第1に、ゲート電極下
の空乏層が半楕円形から半円形に近くなり、チャネル電
流を制御する深さ方向の電界成分に比べて、ゲート端か
ら横方向に延びる電界成分が無視し得なくなるために生
ずる現象である。
Here, the short channel effect will be briefly described. The short-channel effect is a transconductance g as the gate length of a field effect transistor becomes shorter.
This is a phenomenon in which m decreases. First, the depletion layer under the gate electrode changes from a semi-elliptical shape to a semi-circular shape, and compared with the electric field component in the depth direction that controls the channel current, it is lateral from the gate edge. This phenomenon occurs because the electric field component extending in the direction cannot be ignored.

【0051】第2に、短チャネル化によって、チャネル
層14下の基板側の層、即ち、閾値電圧を調整するため
のn型GaAs層13に空間電荷制限電流が流れること
によって生ずる現象であり、本発明の第2の実施例はこ
の空間電荷制限電流を低減させるものである。
Secondly, there is a phenomenon caused by the flow of a space charge limiting current in the layer on the substrate side below the channel layer 14, that is, the n-type GaAs layer 13 for adjusting the threshold voltage, due to the shortening of the channel, The second embodiment of the present invention reduces this space charge limiting current.

【0052】第2の実施例においては、バッファ層とな
るi型GaAs層12と閾値電圧を調整するためのn型
GaAs層13との間に、短チャネル防止層としてのp
型GaAs層27を挿入しているので、n型GaAs層
13はp型GaAs層27との間に形成されるpn接合
によりエネルギー的に持ち上げられて電子のバリアとし
て作用するため、n型GaAs層13に電流が流れるこ
とがなくなり、短チャネル効果を防止できる。
In the second embodiment, between the i-type GaAs layer 12 serving as a buffer layer and the n-type GaAs layer 13 for adjusting the threshold voltage, a p serving as a short channel prevention layer is provided.
Since the n-type GaAs layer 27 is inserted, the n-type GaAs layer 13 is energetically lifted by the pn junction formed between the n-type GaAs layer 13 and the p-type GaAs layer 27 and acts as an electron barrier. The current does not flow through 13, and the short channel effect can be prevented.

【0053】次に、図6を参照して相補型電界効果トラ
ンジスタである本発明の第3の実施例を説明する。 図6(a)参照 まず、半絶縁性GaAs基板11上に、MOVPE法に
よってバッファ層となる厚さ500nmでアンドープの
i型GaAs層12、電子濃度が2×1018cm-3で厚
さが6nmの閾値電圧を調整するためのSiドープn型
GaAs層13、チャネル層となる厚さ15nmでアン
ドープのi型InGaAs層14、障壁層となる厚さ2
0nmのアンドープのi型AlGaAs層15、キャッ
プ層となる厚さ10nmのアンドープのi型GaAs層
16、エッチングストッパ層となる厚さ3nmでアンド
ープのi型AlGaAs層17、及び、アニールキャッ
プ層となる厚さ20nmでアンドープのi型GaAs層
18を順次エピタキシャル成長させる。
Next, a third embodiment of the present invention, which is a complementary field effect transistor, will be described with reference to FIG. See FIG. 6A. First, on the semi-insulating GaAs substrate 11, an undoped i-type GaAs layer 12 with a thickness of 500 nm to be a buffer layer by the MOVPE method, an electron concentration of 2 × 10 18 cm −3 and a thickness of Si-doped n-type GaAs layer 13 for adjusting the threshold voltage of 6 nm, channel layer 15 nm thick undoped i-type InGaAs layer 14, barrier layer thickness 2
An undoped i-type AlGaAs layer 15 having a thickness of 0 nm, an undoped i-type GaAs layer 16 having a thickness of 10 nm serving as a cap layer, an undoped i-type AlGaAs layer 17 having a thickness of 3 nm serving as an etching stopper layer, and an annealing cap layer. An undoped i-type GaAs layer 18 having a thickness of 20 nm is sequentially epitaxially grown.

【0054】次いで、CCl2 2 をエッチングガスと
したドライ・エッチングによって、pチャネルFET形
成予定領域のi型GaAs層18を除去し、次いで、ア
ンモニア系のエッチング液によって露出したi型AlG
aAs層17を除去したのち、N2 ガス雰囲気中で、7
00℃の温度で20秒間熱処理する。
Then, the i-type GaAs layer 18 in the p-channel FET formation planned region is removed by dry etching using CCl 2 F 2 as an etching gas, and then the i-type AlG exposed by the ammonia-based etching solution is used.
After removing the aAs layer 17, in an N 2 gas atmosphere,
Heat treatment is performed at a temperature of 00 ° C. for 20 seconds.

【0055】この熱処理によって、図2(b)から分か
るように、pチャネルFET形成予定領域のキャップ層
は10nmであるので約0.85V閾値電圧が上昇し、
また、それ以外の領域ではキャップ層の厚さは30nm
(10+20)であるの約0.45V閾値電圧が上昇す
る。
By this heat treatment, as can be seen from FIG. 2B, since the cap layer in the p-channel FET formation region is 10 nm, the threshold voltage rises by about 0.85 V,
In addition, the thickness of the cap layer is 30 nm in other regions.
The threshold voltage, which is (10 + 20), increases by about 0.45V.

【0056】図6(b)参照 次いで、残存するi型GaAs層18及びi型AlGa
As層17を除去して表面を平坦化したのち、WSiを
全面にスパッタ法により堆積してパターニングすること
によって、pチャネルFET用ゲート電極28及びnチ
ャネルEモードFET用ゲート電極21を形成する。
Next, referring to FIG. 6B, the remaining i-type GaAs layer 18 and i-type AlGa
After removing the As layer 17 and flattening the surface, WSi is deposited on the entire surface by a sputtering method and patterned to form a p-channel FET gate electrode 28 and an n-channel E-mode FET gate electrode 21.

【0057】次いで、nチャネルFET側にはSiを選
択的にイオン注入し、また、pチャネルFET側にはM
gを選択的にイオン注入したのち800℃で5秒間活性
化処理を行ってチャネル層であるi型GaAs層14に
達するソース・ドレイン領域(図示せず)を形成し、次
いで、オーミック電極を堆積してパターニングすること
によってソース・ドレイン電極(図示せず)を形成し
て、最終的に閾値電圧が−0.2VのpチャネルFET
と閾値電圧が0.2VのEモードFETが得られる。
Next, Si is selectively ion-implanted on the n-channel FET side, and M on the p-channel FET side.
After selectively ion-implanting g, an activation treatment is performed at 800 ° C. for 5 seconds to form source / drain regions (not shown) reaching the i-type GaAs layer 14 which is a channel layer, and then an ohmic electrode is deposited. Then, a source / drain electrode (not shown) is formed by patterning and p-channel FET with a threshold voltage of -0.2V finally.
Thus, an E-mode FET having a threshold voltage of 0.2 V can be obtained.

【0058】この第3の実施例においては、各電界効果
トランジスタの導電型をキャップ層の厚さによって制御
するので、従来のように導電型の異なる電界効果トラン
ジスタ毎に専用の構造を設ける必要がなく、また、熱処
理後にキャップ層を除去して電界効果トランジスタを形
成するので、相補型化合物半導体装置の製造工程が容易
になり且つ集積度も向上する。
In the third embodiment, since the conductivity type of each field effect transistor is controlled by the thickness of the cap layer, it is necessary to provide a dedicated structure for each field effect transistor having a different conductivity type as in the conventional case. In addition, since the field effect transistor is formed by removing the cap layer after the heat treatment, the manufacturing process of the complementary compound semiconductor device is facilitated and the degree of integration is improved.

【0059】次に、図7を参照して相補型電界効果トラ
ンジスタである本発明の第4の実施例を説明する。 図7(a)参照 まず、半絶縁性GaAs基板11上に、MOVPE法に
よってバッファ層となる厚さ500nmでアンドープの
i型GaAs層12、電子濃度が2×1018cm-3で厚
さが6nmの閾値電圧を調整するためのSiドープn型
GaAs層13、チャネル層となる厚さ15nmでアン
ドープのi型InGaAs層14、障壁層となる厚さ2
0nmのアンドープのi型AlGaAs層15、キャッ
プ層となる厚さ10nmのアンドープのi型GaAs層
16、エッチングストッパ層となる厚さ3nmでアンド
ープのi型AlGaAs層17、アニールキャップ層と
なる厚さ20nmでアンドープのi型GaAs層18、
エッチングストッパ層となる厚さ3nmでアンドープの
i型AlGaAs層19、及び、アニールキャップ層と
なる厚さ80nmでアンドープのi型GaAs層20を
順次エピタキシャル成長させる。
Next, a fourth embodiment of the present invention, which is a complementary field effect transistor, will be described with reference to FIG. See FIG. 7A. First, on the semi-insulating GaAs substrate 11, an undoped i-type GaAs layer 12 having a thickness of 500 nm and serving as a buffer layer by the MOVPE method, and having an electron concentration of 2 × 10 18 cm −3 and a thickness of Si-doped n-type GaAs layer 13 for adjusting the threshold voltage of 6 nm, channel layer 15 nm thick undoped i-type InGaAs layer 14, barrier layer thickness 2
Undoped i-type AlGaAs layer 15 having a thickness of 0 nm, undoped i-type GaAs layer 16 having a thickness of 10 nm serving as a cap layer, undoped i-type AlGaAs layer 17 having a thickness of 3 nm serving as an etching stopper layer, and thickness serving as an annealing cap layer. I-type GaAs layer 18 undoped at 20 nm,
An undoped i-type AlGaAs layer 19 having a thickness of 3 nm, which serves as an etching stopper layer, and an undoped i-type GaAs layer 20 having a thickness of 80 nm, which serves as an annealing cap layer, are sequentially epitaxially grown.

【0060】次いで、CCl2 2 をエッチングガスと
したドライ・エッチングによって、pチャネルFET及
びEモードFET形成予定領域のi型GaAs層20を
除去し、次いで、アンモニア系のエッチング液によって
露出したi型AlGaAs層19を除去したのち、同じ
く、CCl2 2 をエッチングガスとしたドライ・エッ
チングによって、pチャネルFET形成予定領域のi型
GaAs層18を除去し、次いで、アンモニア系のエッ
チング液によって露出したi型AlGaAs層17を除
去したのち、N2 ガス雰囲気中で、700℃の温度で2
0秒間熱処理する。
Then, the i-type GaAs layer 20 in the p channel FET and E mode FET formation planned region is removed by dry etching using CCl 2 F 2 as an etching gas, and then exposed by an ammonia-based etching solution. After removing the type AlGaAs layer 19, the i type GaAs layer 18 in the p-channel FET formation region is removed by dry etching similarly using CCl 2 F 2 as an etching gas, and then exposed by an ammonia-based etching solution. After removing the i-type AlGaAs layer 17 which is, in an N 2 gas atmosphere, 2 at a temperature of 700 ° C.
Heat treatment for 0 seconds.

【0061】この熱処理によって、図2(b)から分か
るように、pチャネルFET形成予定領域のキャップ層
は10nmであるので約0.85V閾値電圧が上昇し、
また、それ以外の領域ではキャップ層の厚さは30nm
(10+20)及び110nm(10+20+80)
で、厚さが30nmの領域では約0.45V閾値電圧が
上昇し、また、厚さが110nmの領域ではほとんど閾
値電圧が変化しない。
By this heat treatment, as can be seen from FIG. 2B, the cap layer in the p-channel FET formation region has a thickness of 10 nm, so that the threshold voltage rises by about 0.85 V,
In addition, the thickness of the cap layer is 30 nm in other regions.
(10 + 20) and 110 nm (10 + 20 + 80)
Thus, the threshold voltage rises by about 0.45V in the thickness region of 30 nm, and the threshold voltage hardly changes in the thickness region of 110 nm.

【0062】図7(b)参照 次いで、残存するi型GaAs層20乃至i型AlGa
As層17を除去して表面を平坦化したのち、WSiを
全面にスパッタ法により堆積してパターニングすること
によって、pチャネルFET用ゲート電極28、n型の
EモードFET用ゲート電極21、及び、DモードFE
T用ゲート電極22を形成する。
Next, referring to FIG. 7B, the remaining i-type GaAs layer 20 to i-type AlGa
After removing the As layer 17 to planarize the surface, WSi is deposited on the entire surface by a sputtering method and patterned to form a p-channel FET gate electrode 28, an n-type E-mode FET gate electrode 21, and D mode FE
The T gate electrode 22 is formed.

【0063】次いで、nチャネルFET側にはSiを選
択的にイオン注入し、また、pチャネルFET側にはM
gを選択的にイオン注入したのち800℃で5秒間活性
化処理を行ってチャネル層であるi型GaAs層14に
達するソース・ドレイン領域(図示せず)を形成し、次
いで、オーミック電極を堆積してパターニングすること
によってソース・ドレイン電極(図示せず)を形成し
て、最終的に閾値電圧が−0.2VのpチャネルFE
T、閾値電圧が0.2VのEモードFET、及び、閾値
電圧が−0.2VのDモードFETが得られる。
Next, Si is selectively ion-implanted on the n-channel FET side, and M on the p-channel FET side.
After selectively ion-implanting g, an activation treatment is performed at 800 ° C. for 5 seconds to form source / drain regions (not shown) reaching the i-type GaAs layer 14 which is a channel layer, and then an ohmic electrode is deposited. Then, the source / drain electrodes (not shown) are formed by patterning, and finally the p-channel FE having a threshold voltage of -0.2V is formed.
T, an E-mode FET with a threshold voltage of 0.2V, and a D-mode FET with a threshold voltage of -0.2V are obtained.

【0064】この第4の実施例においては、各電界効果
トランジスタの導電型及び閾値電圧をキャップ層の厚さ
によって制御するので、従来のように導電型及び閾値電
圧の異なる電界効果トランジスタ毎に専用の構造を設け
る必要がなく、また、熱処理後にキャップ層を除去して
電界効果トランジスタを形成するので、相補型化合物半
導体装置の製造工程が容易になり且つ集積度も向上す
る。
In the fourth embodiment, the conductivity type and the threshold voltage of each field effect transistor are controlled by the thickness of the cap layer, so that each field effect transistor having a different conductivity type and a different threshold voltage is dedicated as in the conventional case. Since it is not necessary to provide the structure and the field effect transistor is formed by removing the cap layer after the heat treatment, the manufacturing process of the complementary compound semiconductor device is facilitated and the integration degree is improved.

【0065】次に、図8を参照して本発明の第5の実施
例を説明する。この第5の実施例は、第4の実施例にお
けるバッファ層となるi型GaAs層12と閾値電圧を
調整するためのn型GaAs層13との間に短チャネル
効果防止層を設けたものであり、n型GaAs層13の
層厚を厚くした以外のその他の構造及び製造工程は実施
例4と実質的に同等である。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, a short channel effect prevention layer is provided between the i-type GaAs layer 12 serving as the buffer layer and the n-type GaAs layer 13 for adjusting the threshold voltage in the fourth embodiment. The structure and manufacturing process other than increasing the thickness of the n-type GaAs layer 13 are substantially the same as those of the fourth embodiment.

【0066】図8(a)参照 まず、半絶縁性GaAs基板11上に、MOVPE法に
よってバッファ層となる厚さ500nmでアンドープの
i型GaAs層12、正孔濃度が2×1018cm-3で厚
さが5nmの短チャネル防止層となるCドープp型Ga
As層27、電子濃度が2×1018cm-3で厚さが11
nmの閾値電圧を調整するためのSiドープn型GaA
s層13、チャネル層となる厚さ15nmでアンドープ
のi型InGaAs層14、障壁層となる厚さ20nm
のアンドープのi型AlGaAs層15、キャップ層と
なる厚さ10nmのアンドープのi型GaAs層16、
エッチングストッパ層となる厚さ3nmでアンドープの
i型AlGaAs層17、アニールキャップ層となる厚
さ20nmでアンドープのi型GaAs層18、エッチ
ングストッパ層となる厚さ3nmでアンドープのi型A
lGaAs層19、及び、アニールキャップ層となる厚
さ80nmでアンドープのi型GaAs層20を順次エ
ピタキシャル成長させる。
8 (a). First, on the semi-insulating GaAs substrate 11, an undoped i-type GaAs layer 12 having a thickness of 500 nm to be a buffer layer by MOVPE method, and a hole concentration of 2 × 10 18 cm −3. -Doped p-type Ga to be a short channel prevention layer with a thickness of 5 nm
As layer 27, electron concentration is 2 × 10 18 cm −3 and thickness is 11
Si-doped n-type GaA for adjusting the threshold voltage of nm
s layer 13, channel layer 15 nm thick with undoped i-type InGaAs layer 14, barrier layer thickness 20 nm
Undoped i-type AlGaAs layer 15 and a 10-nm-thick undoped i-type GaAs layer 16 serving as a cap layer,
An undoped i-type AlGaAs layer 17 having a thickness of 3 nm to be an etching stopper layer, an undoped i-type GaAs layer 18 having a thickness of 20 nm to be an annealing cap layer, and an undoped i-type A having a thickness of 3 nm to be an etching stopper layer.
The lGaAs layer 19 and an undoped i-type GaAs layer 20 having a thickness of 80 nm, which will be an annealing cap layer, are sequentially epitaxially grown.

【0067】図8(b)参照 以後の工程は第1の実施例と同様にして、閾値電圧が−
0.2VのpチャネルFET、閾値電圧が0.2VのE
モードFET、及び、閾値電圧が−0.2VのDモード
FETが得られる。
As shown in FIG. 8B, the subsequent steps are the same as in the first embodiment, and the threshold voltage is-.
0.2V p-channel FET, E with threshold voltage of 0.2V
A mode FET and a D mode FET having a threshold voltage of -0.2V can be obtained.

【0068】この第5の実施例においては、第2の実施
例と同様に短チャネル効果が防止できると共に、p型G
aAs層27に含まれたC(炭素)の拡散係数は小さい
ので閾値電圧制御の際の熱処理工程でほとんど拡散する
ことがなく、閾値電圧制御に実質的に影響を与えること
がない。
In the fifth embodiment, the short channel effect can be prevented as in the second embodiment, and the p-type G
Since the diffusion coefficient of C (carbon) contained in the aAs layer 27 is small, it hardly diffuses in the heat treatment step for controlling the threshold voltage, and does not substantially affect the threshold voltage control.

【0069】なお、上記各実施例においては、障壁層1
5及びエッチングストッパ層17,19としてi型Al
GaAsを用いているが、GaAsと略格子整合するi
型InGaPを用いても良いものである。
In each of the above embodiments, the barrier layer 1
5 and the i-type Al as the etching stopper layers 17 and 19
Although GaAs is used, i that is substantially lattice-matched with GaAs
Type InGaP may also be used.

【0070】また、上記各実施例においては、チャネル
層14として用いているInGaAsは混晶比xが0〜
0.30のInx Ga1-x As(x=0の場合はGaA
s)であり、また、その厚さは15nmに限られるもの
ではなく10〜100nmの範囲が好適であり、さら
に、障壁層15として用いているAlGaAsは混晶比
yが0.2〜1.0のAly Ga1-y Asであり、ま
た、エッチングストッパ層17,19として用いている
AlGaAsは混晶比zが0.2〜0.4のAlzGa
1-z Asである。また、全体構造としては、GaAs/
AlGaAs系HEMTと共に使用されているInGa
As/InAlAs系構造を用いても良いものである。
In each of the above embodiments, the InGaAs used as the channel layer 14 has a mixed crystal ratio x of 0 to 0.
0.30 In x Ga 1-x As (GaA when x = 0)
s), and the thickness is not limited to 15 nm, but is preferably in the range of 10 to 100 nm. Further, AlGaAs used as the barrier layer 15 has a mixed crystal ratio y of 0.2 to 1. Al y Ga 1-y As of 0, and AlGaAs used as the etching stopper layers 17 and 19 has a mixed crystal ratio z of 0.2 to 0.4 Al z Ga.
1-z As. In addition, the overall structure is GaAs /
InGa used with AlGaAs HEMT
An As / InAlAs system structure may be used.

【0071】また、上記各実施例における熱処理の条件
は700℃及び20秒であるが、このような条件に限ら
れるものではなく、例えば、温度は600〜850℃の
範囲が好適であり、また、処理時間は5〜40秒の範囲
が好適である。この場合、温度が高いと閾値電圧の変化
量が大きくなり、また、処理時間が長くなっても閾値電
圧の変化量が大きくなる。
The heat treatment conditions in each of the above examples are 700 ° C. and 20 seconds, but the conditions are not limited to these conditions, and the temperature is preferably in the range of 600 to 850 ° C., for example. The processing time is preferably in the range of 5 to 40 seconds. In this case, when the temperature is high, the amount of change in the threshold voltage is large, and even when the processing time is long, the amount of change in the threshold voltage is large.

【0072】また、上記各実施例においては、簡単なエ
ッチング工程によってアニールキャップ層18,20を
正確にエッチングするために、エッチングストッパ層1
7,19を設けているが、精度の高いエッチングを行え
ばエッチングストッパ層17,19は必ずしも必要とし
ないものである。
Further, in each of the above embodiments, the etching stopper layer 1 is formed in order to accurately etch the annealing cap layers 18 and 20 by a simple etching process.
Although the etching stopper layers 17 and 19 are provided, the etching stopper layers 17 and 19 are not always necessary if highly accurate etching is performed.

【0073】さらに、上記各実施例においては、アニー
ルキャップ層18,20及びエッチングストッパ層1
7,19をパターニングする際に、ドライ・エッチング
とウェット・エッチングを組み合わせて行っているが、
ドライ・エッチング或いはウェット・エッチングだけで
行っても良い。
Furthermore, in each of the above embodiments, the annealing cap layers 18 and 20 and the etching stopper layer 1 are used.
When patterning 7 and 19, dry etching and wet etching are combined.
It may be performed only by dry etching or wet etching.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明によれば、各電界効果トランジス
タの導電型及び閾値電圧をキャップ層の厚さによって制
御するので、従来のように導電型及び閾値電圧の異なる
電界効果トランジスタ毎に専用の構造を設ける必要がな
く、また、熱処理後にキャップ層を除去して電界効果ト
ランジスタを形成するので、化合物半導体装置の製造工
程が容易になり且つ集積度も向上する。
According to the present invention, since the conductivity type and the threshold voltage of each field effect transistor are controlled by the thickness of the cap layer, a dedicated field effect transistor having a different conductivity type and a different threshold voltage is used as in the prior art. Since it is not necessary to provide a structure and the field effect transistor is formed by removing the cap layer after the heat treatment, the manufacturing process of the compound semiconductor device is facilitated and the degree of integration is improved.

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

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の作用の説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of the operation of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の途中までの製造工程の
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process up to the middle of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例の図3以降の製造工程の
説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing process after the process of FIG. 3 of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例の製造工程の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例の製造工程の説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施例の製造工程の説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例の製造工程の説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the fifth embodiment of the present invention.

【図9】従来の相補型化合物半導体装置の要部断面図で
ある。
FIG. 9 is a cross-sectional view of essential parts of a conventional complementary compound semiconductor device.

【図10】従来の高速動作素子を組み合わせた相補型化
合物半導体装置の要部断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of essential parts of a complementary compound semiconductor device in which conventional high-speed operation elements are combined.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 バッファ層 3 Vth調整ドーピング層 4 チャネル層 5 障壁層 6 キャップ層 7 エッチングストッパ層 8 アニールキャップ層 9 第1ゲート電極 10 第2ゲート電極 11 半絶縁性GaAs基板 12 i型GaAs層 13 n型GaAs層 14 i型InGaAs層 15 i型AlGaAs層 16 i型GaAs層 17 i型AlGaAs層 18 i型GaAs層 19 i型AlGaAs層 20 i型GaAs層 21 EモードFET用ゲート電極 22 DモードFET用ゲート電極 23 ソース領域 24 ドレイン領域 25 ソース電極 26 ドレイン電極 27 p型GaAs層 28 pチャネルFET用ゲート電極 29 半導体基板 30 バッファ層 31 pドーピング層 32 チャネル層 33 障壁層 34 キャップ層 35 エッチングストッパ層 36 バッファ層 37 nドーピング層 38 チャネル層 39 障壁層 40 キャップ層 41 pチャネルFET用ゲート電極 42 EモードFET用ゲート電極 43 エッチングストッパ層 44 Vth調整層 45 DモードFET用ゲート電極1 semiconductor substrate 2 buffer layer 3 Vth adjustment doping layer 4 channel layer 5 barrier layer 6 cap layer 7 etching stopper layer 8 annealing cap layer 9 first gate electrode 10 second gate electrode 11 semi-insulating GaAs substrate 12 i-type GaAs layer 13 n-type GaAs layer 14 i-type InGaAs layer 15 i-type AlGaAs layer 16 i-type GaAs layer 17 i-type AlGaAs layer 18 i-type GaAs layer 19 i-type AlGaAs layer 20 i-type GaAs layer 21 E-mode FET gate electrode 22 D-mode FET gate electrode 23 Source region 24 Drain region 25 Source electrode 26 Drain electrode 27 p-type GaAs layer 28 p-channel FET gate electrode 29 Semiconductor substrate 30 Buffer layer 31 p Doping layer 32 Channel layer 33 Barrier layer 34 Cap layer 35 Etch Gusutoppa layer 36 buffer layer 37 n-doped layer 38 channel layer 39 barrier layer 40 cap layer 41 p-channel FET gate electrode 42 E-mode FET gate electrode 43 an etching stopper layer 44 V th adjustment layer 45 D mode gate electrode FET

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チャネル層を設けた半導体基体上に、隣
接する領域において互いに層厚の異なる半導体キャップ
層を設けて熱処理を行ったのち、前記半導体キャップ層
の少なくとも一部を除去して前記半導体基体表面を平坦
化し、次いで、前記半導体基体に閾値電圧及び導電型の
少なくとも一方が異なる電界効果トランジスタを集積化
したことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
1. A semiconductor cap layer having a channel layer formed thereon, semiconductor cap layers having different layer thicknesses are provided in adjacent regions, heat treatment is performed, and then at least a part of the semiconductor cap layer is removed to remove the semiconductor. A method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising: planarizing a surface of a substrate; and then integrating field effect transistors having different threshold voltages and / or conductivity types on the semiconductor substrate.
【請求項2】 上記半導体基体が、半導体基板と、前
記半導体基板上に順次積層させたバッファ層、閾値電圧
調整ドーピング層、チャネル層、及び、障壁層からな
り、また、上記半導体キャップ層が、均一な厚さのキャ
ップ層と前記キャップ層上に選択的に設けた所定パター
ンのアニールキャップ層とからなり、上記熱処理後に前
記アニールキャップ層を除去することを特徴とする請求
項1記載の化合物半導体装置の製造方法。
2. The semiconductor substrate comprises a semiconductor substrate, a buffer layer, a threshold voltage adjusting doping layer, a channel layer, and a barrier layer which are sequentially stacked on the semiconductor substrate, and the semiconductor cap layer comprises: 2. The compound semiconductor according to claim 1, comprising a cap layer having a uniform thickness and an annealing cap layer having a predetermined pattern selectively provided on the cap layer, the annealing cap layer being removed after the heat treatment. Device manufacturing method.
【請求項3】 半導体基板上に、バッファ層、閾値電圧
調整ドーピング層、チャネル層、障壁層、キャップ層、
第1エッチングストッパ層、及び、第1アニールキャッ
プ層を順次成長させる工程と、第1の導電型を有する電
界効果トランジスタ形成領域の前記第1アニールキャッ
プ層及び前記第1エッチングストッパ層を除去したのち
熱処理を行う工程と、残存する前記第1アニールキャッ
プ層及び前記第1エッチングストッパ層を除去する工程
と、前記第1の導電型を有する電界効果トランジスタ形
成領域とそれ以外の領域とに互いに導電型の異なる電界
効果トランジスタを形成する工程とを含むことを特徴と
する化合物半導体装置の製造方法。
3. A buffer layer, a threshold voltage adjusting doping layer, a channel layer, a barrier layer, a cap layer, and
After sequentially growing the first etching stopper layer and the first annealing cap layer, and after removing the first annealing cap layer and the first etching stopper layer in the field effect transistor formation region having the first conductivity type. A step of performing a heat treatment, a step of removing the remaining first annealing cap layer and the first etching stopper layer, and a field effect transistor forming region having the first conductivity type and a region other than the field effect transistor forming region having the conductivity type. And a step of forming field effect transistors different from each other.
【請求項4】 上記閾値電圧調整ドーピング層がSiド
ープn型GaAs層であり、上記チャネル層がInGa
As層であり、上記障壁層がAlGaAs層又はInG
aP層であり、上記キャップ層及び上記第1アニールキ
ャップ層がGaAs層であり、上記第1エッチングスト
ッパ層がAlGaAs層又はInGaP層であり、さら
に、上記第1の導電型がp型であることを特徴とする請
求項3記載の化合物半導体装置の製造方法。
4. The threshold voltage adjusting doping layer is a Si-doped n-type GaAs layer, and the channel layer is InGa.
It is an As layer and the barrier layer is an AlGaAs layer or InG.
an aP layer, the cap layer and the first annealing cap layer are GaAs layers, the first etching stopper layer is an AlGaAs layer or an InGaP layer, and the first conductivity type is p-type 4. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 3, wherein.
【請求項5】 半導体基板上に、バッファ層、閾値電圧
調整ドーピング層、チャネル層、障壁層、キャップ層、
第1エッチングストッパ層、第1アニールキャップ層、
第2エッチングストッパ層、及び、第2アニールキャッ
プ層を順次成長させる工程と、第1の閾値電圧を有する
電界効果トランジスタ形成領域の前記第2アニールキャ
ップ層及び前記第2エッチングストッパ層を除去したの
ち熱処理を行う工程と、残存する前記第2アニールキャ
ップ層及び前記第2エッチングストッパ層を除去したの
ち前記第1アニールキャップ層及び前記第1エッチング
ストッパ層を除去する工程と、前記第1の閾値電圧を有
する電界効果トランジスタ形成領域とそれ以外の領域と
に互いに閾値電圧の異なる電界効果トランジスタを形成
する工程とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の
製造方法。
5. A buffer layer, a threshold voltage adjusting doping layer, a channel layer, a barrier layer, a cap layer, and
A first etching stopper layer, a first annealing cap layer,
After sequentially growing a second etching stopper layer and a second annealing cap layer, and after removing the second annealing cap layer and the second etching stopper layer in the field effect transistor forming region having the first threshold voltage. A step of performing a heat treatment, a step of removing the remaining second annealing cap layer and the second etching stopper layer and then removing the first annealing cap layer and the first etching stopper layer, and the first threshold voltage And a step of forming field effect transistors having different threshold voltages in a field effect transistor formation region having the above and other regions.
【請求項6】 上記閾値電圧調整ドーピング層がSiド
ープn型GaAs層であり、上記チャネル層がInGa
As層であり、上記障壁層がAlGaAs層又はInG
aP層であり、上記キャップ層、上記第1アニールキャ
ップ層及び上記第2アニールキャップ層がGaAs層で
あり、上記第1及び第2エッチングストッパ層がAlG
aAs層又はInGaP層であり、さらに、上記第1の
閾値電圧が0V以上であることを特徴とする請求項5記
載の化合物半導体装置の製造方法。
6. The threshold voltage adjusting doping layer is a Si-doped n-type GaAs layer, and the channel layer is InGa.
It is an As layer and the barrier layer is an AlGaAs layer or InG.
aP layer, the cap layer, the first annealing cap layer and the second annealing cap layer are GaAs layers, and the first and second etching stopper layers are AlG.
6. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 5, wherein the compound semiconductor device is an aAs layer or an InGaP layer, and the first threshold voltage is 0 V or higher.
【請求項7】 半導体基板上に、バッファ層、閾値電圧
調整ドーピング層、チャネル層、障壁層、キャップ層、
第1エッチングストッパ層、第1アニールキャップ層、
第2エッチングストッパ層、及び、第2アニールキャッ
プ層を順次成長させる工程と、第1の導電型を有する電
界効果トランジスタ形成領域及び第1の閾値電圧を有す
る電界効果トランジスタ形成領域の前記第2アニールキ
ャップ層及び前記第2エッチングストッパ層を除去する
工程と、前記第1の導電型の電界効果トランジスタ形成
領域の前記第1アニールキャップ層及び前記第1エッチ
ングストッパ層を除去したのち熱処理を行う工程と、残
存する前記第2アニールキャップ層及び前記第2エッチ
ングストッパ層を除去したのち前記第1アニールキャッ
プ層及び前記第1エッチングストッパ層を除去する工程
と、前記第1の導電型を有する電界効果トランジスタ形
成領域、前記第1の閾値電圧の電界効果トランジスタ形
成領域、及び、それ以外の領域とに互いに導電型或いは
閾値電圧の異なる電界効果トランジスタを形成する工程
とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方
法。
7. A buffer layer, a threshold voltage adjusting doping layer, a channel layer, a barrier layer, a cap layer, on a semiconductor substrate,
A first etching stopper layer, a first annealing cap layer,
A step of sequentially growing a second etching stopper layer and a second annealing cap layer, and the second annealing of a field effect transistor forming region having a first conductivity type and a field effect transistor forming region having a first threshold voltage A step of removing the cap layer and the second etching stopper layer; a step of removing the first annealing cap layer and the first etching stopper layer in the first conductivity type field effect transistor forming region and then performing a heat treatment. A step of removing the remaining second annealing cap layer and the second etching stopper layer and then removing the first annealing cap layer and the first etching stopper layer; and a field effect transistor having the first conductivity type. A forming region, a field effect transistor forming region having the first threshold voltage, and Compounds method of manufacturing a semiconductor device which comprises a step of forming a different field effect transistor conductivity types or the threshold voltage from each other in a region other than.
【請求項8】 上記閾値電圧調整ドーピング層がSiド
ープn型GaAs層であり、上記チャネル層がInGa
As層であり、上記障壁層がAlGaAs層又はInG
aP層であり、上記キャップ層、上記第1アニールキャ
ップ層、及び、上記第2アニールキャップ層がGaAs
層であり、上記第1及び第2エッチングストッパ層がA
lGaAs層又はInGaP層であり、さらに、上記第
1の導電型がp型であり、また、上記第1の閾値電圧が
0V以上であることを特徴とする請求項7記載の化合物
半導体装置の製造方法。
8. The threshold voltage adjusting doping layer is a Si-doped n-type GaAs layer, and the channel layer is InGa.
It is an As layer and the barrier layer is an AlGaAs layer or InG.
an aP layer, and the cap layer, the first annealing cap layer, and the second annealing cap layer are GaAs.
And the first and second etching stopper layers are A
8. The compound semiconductor device manufacturing method according to claim 7, wherein the compound semiconductor device is an InGaAs layer or an InGaAs layer, the first conductivity type is p-type, and the first threshold voltage is 0 V or more. Method.
【請求項9】 上記バッファ層と上記閾値電圧調整ドー
ピング層との間に、短チャネル効果防止層を設けたこと
を特徴とする請求項5乃至8のいずれか1項に記載の化
合物半導体装置の製造方法。
9. The compound semiconductor device according to claim 5, further comprising a short channel effect preventing layer provided between the buffer layer and the threshold voltage adjusting doping layer. Production method.
【請求項10】 上記短チャネル効果防止層がCドープ
p型GaAs層であることを特徴とする請求項9記載の
化合物半導体装置の製造方法。
10. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 9, wherein the short channel effect preventing layer is a C-doped p-type GaAs layer.
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