JPH0897238A - Semiconductor element and its manufacture - Google Patents

Semiconductor element and its manufacture

Info

Publication number
JPH0897238A
JPH0897238A JP23839594A JP23839594A JPH0897238A JP H0897238 A JPH0897238 A JP H0897238A JP 23839594 A JP23839594 A JP 23839594A JP 23839594 A JP23839594 A JP 23839594A JP H0897238 A JPH0897238 A JP H0897238A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active layer
schottky
electrode
layer
schottky electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP23839594A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taku Marukawa
卓 丸川
Hiroyuki Nakano
浩之 中野
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.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP23839594A priority Critical patent/JPH0897238A/en
Publication of JPH0897238A publication Critical patent/JPH0897238A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a manufacturing method of a semiconductor element wherein the withstand voltage of a Schottky electrode can easily be improved at a low cost, without necessitating complicated process and structure, and the leakage current of the Schottky electrode can be reduced. CONSTITUTION: A source electrode 3 and a drain electrode 4 are formed on an active layer 2 in the upper part of a compound semiconductor substrate 1. By applying plasma treatment to the active layer 2 between the source electrode 3 and the drain electrode 4, a modified layer 2a is formed, on which a Schottky electrode 7a constituting a Schottky junction 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、半導体素子及びその製
造方法に関する。特に、本発明は、GaAsMESFE
T、HEMT等の電界効果型トランジスタやショットキ
バリアダイオード等のショットキー接合をなす電極を有
する半導体素子とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and its manufacturing method. In particular, the present invention relates to GaAs MESFE
The present invention relates to a semiconductor element having a Schottky junction electrode such as a field effect transistor such as T or HEMT or a Schottky barrier diode, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

(GaAsMESFET)GaAsショットキーゲート
電界効果トランジスタ(以下、GaAsMESFETと
記す)は、その優れた高周波特性(高速性)により、高
周波増幅素子等の高周波帯の高出力用半導体素子として
使用されている。
(GaAs MESFET) A GaAs Schottky gate field effect transistor (hereinafter referred to as GaAs MESFET) is used as a high-power semiconductor device in a high-frequency band such as a high-frequency amplification device due to its excellent high-frequency characteristics (high speed).

【0003】一般的に、GaAsMESFETは、Ga
As基板の能動層の表面に存在する高密度の表面欠陥準
位や、ゲート電極直下の能動層の電界集中等の影響によ
り、ドレイン耐圧、ゲート耐圧が低いという問題があ
る。特に高出力用GaAsMESFETにとっては、ド
レイン耐圧やゲート耐圧を向上させることは、GaAs
MESFETの出力電力限界や信頼性等の性能向上のた
めに必要不可欠となっている。
Generally, GaAs MESFETs are Ga
There is a problem that the drain breakdown voltage and the gate breakdown voltage are low due to the influence of high-density surface defect levels existing on the surface of the active layer of the As substrate and the electric field concentration in the active layer immediately below the gate electrode. Especially for high-power GaAs MESFETs, improving the drain breakdown voltage and gate breakdown voltage is
It is indispensable for improving performance such as output power limit and reliability of MESFET.

【0004】図15(a)(b)(c)は一般的なGa
AsMESFET71の製造方法を示す断面図である。
このGaAsMESFET71では、半絶縁性GaAs
基板40の表面にp型不純物を注入してp能動層41を
形成し、次いでn型不純物を注入してn能動層42を形
成し、さらにソース領域及びドレイン領域にn型不純物
を注入してn能動層42の両側にn+能動層43を形成
した後(図15(a))、n+能動層43の上にオーミ
ック金属を堆積させてソース電極44及びドレイン電極
45を設け(図15(b))、さらにn能動層42をエ
ッチングして形成したリセス46内にゲート電極47を
設けている(図15(c))。
FIGS. 15A, 15B, and 15C show general Ga.
It is sectional drawing which shows the manufacturing method of AsMESFET71.
In this GaAs MESFET 71, semi-insulating GaAs
By implanting a p-type impurity into the surface of the substrate 40 to form a p-active layer 41, then implanting an n-type impurity into an n-active layer 42, and further implanting an n-type impurity into the source region and the drain region. After forming the n + active layer 43 on both sides of the n active layer 42 (FIG. 15A), ohmic metal is deposited on the n + active layer 43 to provide the source electrode 44 and the drain electrode 45 (see FIG. 15). (B)) Further, the gate electrode 47 is provided in the recess 46 formed by etching the n active layer 42 (FIG. 15C).

【0005】このようにソース及びドレイン領域にn+
能動層43を設けることによりドレイン電極45近傍で
の電界を下げることができ、ドレイン耐圧を向上させる
ことができる。また、リセス46を設けることにより、
ゲート電極47及びドレイン電極45近傍での電界集中
を分散させ、電界を下げることによってドレイン耐圧及
びゲート耐圧を向上させることができる。
Thus, n + is formed in the source and drain regions.
By providing the active layer 43, the electric field in the vicinity of the drain electrode 45 can be lowered and the drain breakdown voltage can be improved. Also, by providing the recess 46,
The drain breakdown voltage and the gate breakdown voltage can be improved by dispersing the electric field concentration near the gate electrode 47 and the drain electrode 45 and lowering the electric field.

【0006】しかしながら、図15(c)に示すような
構造では、その耐圧が十分であるとは言えなかった。こ
のため、特に高出力用GaAsMESFETでは、LD
D(Lightly Doped Drain)構造や多段リセス構造によ
る耐圧性の向上を含め、トンネリングの抑制、バリアハ
イトの改善、能動層での電界集中の緩和など様々な方法
によるゲート耐圧の向上、リーク電流の低減が、検討、
実施されている。具体的な方法としては、ゲート電極
の金属を選定することによるバリアハイトの改善、G
aAs基板の界面に特殊な処理を施すことによるゲート
耐圧の向上、GaAs基板の能動層上に緩衝層を設け
ることによるゲート耐圧の向上等が挙げられる。
However, it cannot be said that the structure shown in FIG. 15C has sufficient withstand voltage. For this reason, especially in high-power GaAs MESFETs, LD
Including improvement of withstand voltage by D (Lightly Doped Drain) structure and multi-step recess structure, tunneling suppression, barrier height improvement, improvement of gate breakdown voltage by various methods such as mitigation of electric field concentration in active layer, reduction of leakage current ,Consideration,
It has been implemented. Specifically, the barrier height is improved by selecting the metal of the gate electrode, and
Examples include improvement of the gate breakdown voltage by applying a special treatment to the interface of the aAs substrate and improvement of the gate breakdown voltage by providing a buffer layer on the active layer of the GaAs substrate.

【0007】例えば、図16にLDD構造を示す。この
LDD構造のGaAsMESFET72では、ゲート電
極47の設けられているn能動層42とソース及びドレ
イン電極44,45の設けられているn+能動層43と
の間にn+能動層43よりもキャリア濃度の小さなn′
層48が形成されているので、n+能動層43とn能動
層42との界面の電界強度が大きくなり過ぎるのを防止
し、ドレイン耐圧とゲート耐圧を向上させることができ
る。
For example, FIG. 16 shows an LDD structure. In this GaAs MESFET 72 having the LDD structure, the carrier concentration is higher than that of the n + active layer 43 between the n active layer 42 provided with the gate electrode 47 and the n + active layer 43 provided with the source and drain electrodes 44 and 45. Small n '
Since the layer 48 is formed, the electric field strength at the interface between the n + active layer 43 and the n active layer 42 can be prevented from becoming too large, and the drain breakdown voltage and the gate breakdown voltage can be improved.

【0008】また、図17に示すものはGaAs基板の
能動層上に緩衝層を設けたものであって、緩衝層とし
て、GaAs基板51の能動層52上に、表面アンドー
プ層(1層)53を形成した構造のGaAsMESFE
T73である。
Further, FIG. 17 shows a structure in which a buffer layer is provided on an active layer of a GaAs substrate, and a surface undoped layer (one layer) 53 is formed on the active layer 52 of the GaAs substrate 51 as a buffer layer. Structure of GaAs MESFE
It is T73.

【0009】図17に示すGaAsMESFET73
は、以下の製造プロセスにて作製される。まず、能動層
52上に表面アンドープ層53を形成し、その上にn型
低抵抗層54を形成したGaAs基板51上に、オーミ
ック性のソース電極56及びドレイン電極57を形成
し、ソース電極56とドレイン電極57間にはSiO2
の酸化膜55を形成する。次にパターニングされたレジ
スト膜(図示せず)をマスクとして、ドライエッチング
により、酸化膜55を開口し、ゲート埋め込み深さに相
当するエッチングを行う。次にリセス長まで酸化膜55
をサイドエッチングし、所望の深さまでリセスエッチン
グを行う。最後に、Al/Ti/WSi等を蒸着した
後、リフトオフしてショットキー接合をなすゲート電極
58を形成する。なお、図17では、ゲート電極58
は、表面アンドープ層53を貫通して能動層52の上に
形成されているが、ゲート電極58が表面アンドープ層
53上に形成される場合もある。
The GaAs MESFET 73 shown in FIG.
Is manufactured by the following manufacturing process. First, the surface undoped layer 53 is formed on the active layer 52, and the ohmic source electrode 56 and the drain electrode 57 are formed on the GaAs substrate 51 on which the n-type low resistance layer 54 is formed. SiO 2 is between the drain electrode 57 and the
An oxide film 55 is formed. Next, using the patterned resist film (not shown) as a mask, the oxide film 55 is opened by dry etching, and etching is performed corresponding to the depth of burying the gate. Next, oxide film 55 up to the recess length
Is side-etched, and recess etching is performed to a desired depth. Finally, after vapor deposition of Al / Ti / WSi or the like, lift off is performed to form a gate electrode 58 forming a Schottky junction. In FIG. 17, the gate electrode 58
Is formed on the active layer 52 by penetrating the surface undoped layer 53, but the gate electrode 58 may be formed on the surface undoped layer 53 in some cases.

【0010】上記のような表面アンドープ層53を有す
るGaAsMESFET73では、ゲート−ドレイン間
やゲート−ソース間でのチャンネル狭窄による電流リミ
ットがなく、LDD構造や多段リセス構造とほぼ同様の
効果が得られる。加えて、界面準位による表面の影響は
表面アンドープ層53内で緩衝され、ゲート耐圧等の向
上が図られている。
In the GaAs MESFET 73 having the surface undoped layer 53 as described above, there is no current limit due to channel constriction between the gate and the drain or between the gate and the source, and an effect similar to that of the LDD structure or the multi-step recess structure can be obtained. In addition, the influence of the surface due to the interface state is buffered in the surface undoped layer 53, and the gate breakdown voltage and the like are improved.

【0011】しかしながら、上記のようなLDD構造や
多段リセス構造を有する従来のGaAsMESFETで
は、構造が複雑であるためにその製造工程も複雑とな
り、製造加工工程における制御性や信頼性に難があり、
実用化が困難であるという問題がある。同じように、上
記図17に示したようなGaAsMESFET73で
は、表面アンドープ層の形成、RIE(リアクティブイ
オンエッチング)等のドライエッチング、サイドエッチ
ング等の多くの複雑な工程を要し、その制御も難しく、
製造コストが高くなるという問題がある。また、この従
来例以外のいずれの方法においても、複雑な工程、複雑
な構造を必要としている。
However, in the conventional GaAs MESFET having the LDD structure and the multi-step recess structure as described above, the manufacturing process is complicated due to the complicated structure, and the controllability and reliability in the manufacturing process are difficult.
There is a problem that practical application is difficult. Similarly, in the GaAs MESFET 73 as shown in FIG. 17, many complicated steps such as formation of a surface undoped layer, dry etching such as RIE (reactive ion etching), and side etching are required, and the control thereof is difficult. ,
There is a problem that the manufacturing cost becomes high. Further, in any method other than this conventional example, a complicated process and a complicated structure are required.

【0012】上記従来例のうちでは、図17に示したG
aAsMESFET73が最も高出力、高効率を達成し
ていると考えられる。この従来例では、すでに説明した
ように、能動層52、表面アンドープ層53、n型低抵
抗層54をエピタキシャル成長技術を用いて形成してい
る。このようにエピタキシャル成長技術を用いた場合に
は、高抵抗である表面アンドープ層53が、オーミック
電極(ソース電極44やドレイン電極45)と能動層5
2の間に必ず存在することになり、チャネルに直列とな
った寄生抵抗が増大する。
Among the above-mentioned conventional examples, G shown in FIG.
It is considered that the aAs MESFET 73 has achieved the highest output and the highest efficiency. In this conventional example, as described above, the active layer 52, the surface undoped layer 53, and the n-type low resistance layer 54 are formed using the epitaxial growth technique. When the epitaxial growth technique is used as described above, the surface undoped layer 53 having a high resistance is used as the ohmic electrode (the source electrode 44 or the drain electrode 45) and the active layer 5.
It always exists between 2 and the parasitic resistance in series with the channel increases.

【0013】一方、FET(電界効果トランジスタ)の
出力については、一般に以下のことがいえる。図18は
FETの静特性(ソース−ドレイン間電圧Vdsに対する
ドレイン電流Id)と負荷線オを示す図である。FET
をA級動作させたときの最大出力電力P0maxは、図18
に示す最大電流Imax、ニー電圧(knee電圧;屈曲部分
の電圧)Vknee、降伏電圧BVdsを用いて次式のように
表わすことができる。 P0max=Imax(BVds−Vknee)/8 …… この式によれば、最大出力P0maxを大きくするために
は、Imax、BVdsを大きくし、Vkneeを小さくすれば
よい。一般に、最大電流Imaxを大きくしたり、ニー電
圧Vkneeを小さくしたりするためには、素子の低抵抗化
が図られるが、一方で、降伏電圧BVdsを大きくして高
耐圧化するための施策は高抵抗化につながる。よって、
これらの値は、独立に決定することはできない。
On the other hand, regarding the output of the FET (field effect transistor), the following can be generally said. FIG. 18 is a diagram showing the static characteristics of the FET (drain current Id with respect to the source-drain voltage Vds) and the load line E. FET
18 shows the maximum output power P 0 max when the class A operation is performed.
The maximum current Imax, knee voltage (knee voltage; voltage of bent portion) Vknee, and breakdown voltage BVds can be expressed by the following equation. P 0 max = I max (BVds-Vknee) / 8 According to this equation, in order to increase the maximum output P 0 max, Imax and BVds should be increased and Vknee should be decreased. Generally, in order to increase the maximum current Imax or decrease the knee voltage Vknee, the resistance of the element can be lowered, but on the other hand, there are measures for increasing the breakdown voltage BVds to increase the withstand voltage. It leads to high resistance. Therefore,
These values cannot be independently determined.

【0014】図17のGaAsMESFET73の場合
についてみれば、表面アンドープ層53を挿入すること
により、降伏電圧BVdsを大きくして高耐圧化できる。
しかし、前述したようにチャネルに直列な抵抗成分が増
大することに起因し、表面アンドープ層53を挿入しな
い場合に比べて最大電流Imaxは減少し、ニー電圧Vkne
eは増大する。よって、最大出力P0maxを有効に増大さ
せることができないことになる。また、最近の携帯機器
等に対応するためには、最大電流Imaxを大きくし、ニ
ー電圧Vkneeを小さくして、素子を低消費電力、低電圧
にしなければならない。従って、図17のような構造の
GaAsMESFETによる高耐圧化では、このような
要請に対応できない。また、ここでは最大出力について
述べたが、効率についても同様な制限があった。
In the case of the GaAs MESFET 73 shown in FIG. 17, by inserting the surface undoped layer 53, the breakdown voltage BVds can be increased and the breakdown voltage can be increased.
However, as described above, due to the increase of the resistance component in series with the channel, the maximum current Imax decreases as compared with the case where the surface undoped layer 53 is not inserted, and the knee voltage Vkne
e increases. Therefore, the maximum output P 0 max cannot be effectively increased. Further, in order to cope with recent portable devices and the like, it is necessary to increase the maximum current Imax and decrease the knee voltage Vknee to reduce the power consumption and the voltage of the device. Therefore, the high breakdown voltage by the GaAs MESFET having the structure as shown in FIG. 17 cannot meet such a demand. Further, although the maximum output has been described here, the efficiency has the same limitation.

【0015】(ショットキーバリアダイオード)また、
半導体と金属との間のショットキー接合を利用した半導
体素子としては、ショットキーバリアダイオードがあ
る。図19(a)(b)(c)は従来のショットキーバ
リアダイオード74の製造方法を示す断面図であって、
+GaAs基板61の上にキャリア濃度の小さなn能
動層62を形成し(図19(a))、n能動層62の上
にn能動層62とショットキー接合するショットキー電
極63を形成し(図19(b))、n+GaAs基板6
1の下面にオーミック電極64を形成されている(図1
9(c))。しかして、ショットキー電極63の下には
半導体−金属接触によりフェルミ準位を一致させるため
に空乏層が発生しており、ショットキー電極63とオー
ミック電極64間に逆方向電圧を印加すると、ショット
キー電極63直下の空乏層のために逆方向電流が流れる
ことができず、整流特性を示す。
(Schottky barrier diode)
There is a Schottky barrier diode as a semiconductor element using a Schottky junction between a semiconductor and a metal. 19 (a) (b) (c) are cross-sectional views showing a method of manufacturing a conventional Schottky barrier diode 74.
An n active layer 62 having a low carrier concentration is formed on the n + GaAs substrate 61 (FIG. 19A), and a Schottky electrode 63 that forms a Schottky junction with the n active layer 62 is formed on the n active layer 62. (FIG. 19B), n + GaAs substrate 6
An ohmic electrode 64 is formed on the lower surface of the substrate 1 (see FIG. 1).
9 (c)). Then, a depletion layer is generated under the Schottky electrode 63 to match the Fermi level due to the semiconductor-metal contact, and when a reverse voltage is applied between the Schottky electrode 63 and the ohmic electrode 64, the Schottky electrode 63 A reverse current cannot flow due to the depletion layer immediately below the key electrode 63, and exhibits rectification characteristics.

【0016】しかし、このショットキーバリアダイオー
ド74に順方向電流を流すためには、空乏層の電位障壁
を十分に低くする必要がある。空乏層の電位障壁を小さ
くするための印加電圧は全て順方向の電圧降下として寄
与するために順方向電圧が大きくなる。GaAsショッ
トキーバリアダイオードは高周波特性に優れているが、
このような理由によりシリコンダイオードに比べて順方
向電圧が大きく、電力損失が大きいという問題がある。
However, in order to allow the forward current to flow through the Schottky barrier diode 74, the potential barrier of the depletion layer needs to be made sufficiently low. The applied voltage for reducing the potential barrier of the depletion layer all contributes as a forward voltage drop, so that the forward voltage is increased. GaAs Schottky barrier diodes have excellent high frequency characteristics,
For this reason, there is a problem that the forward voltage is large and the power loss is large as compared with the silicon diode.

【0017】また、ある一定以上の逆方向電圧を印加す
ると、電子−正孔対の発生によりアバランシェ降伏が起
こり、逆方向電圧印加時の耐圧はこのアバランシェ降伏
によって決まる。ショットキーバリアダイオードでは、
この逆方向電圧印加時の耐圧が低いという問題があっ
た。この逆方向耐圧を向上させるためには、GaAs基
板の不純物濃度を小さくすればよいが、不純物濃度を減
少させると、順方向電流が小さくなり、ダイオードの特
性上大きな問題となる。
When a reverse voltage of a certain level or more is applied, avalanche breakdown occurs due to the generation of electron-hole pairs, and the breakdown voltage when the reverse voltage is applied is determined by this avalanche breakdown. In a Schottky barrier diode,
There is a problem that the breakdown voltage is low when the reverse voltage is applied. In order to improve the reverse breakdown voltage, it is sufficient to reduce the impurity concentration of the GaAs substrate, but if the impurity concentration is reduced, the forward current becomes small, which causes a serious problem in the diode characteristics.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、叙上の従来
例の問題点に鑑みてなされたものであり、半導体と金属
とのショットキー接合を利用した半導体素子の特性を向
上させることを目的としてなされたものである。特に、
本発明の目的とするところは、耐圧性を向上させた上記
のような従来の半導体素子等の問題点を解消し、複雑な
工程及び複雑な構造を必要とせず、安価で、かつ容易に
ショットキー電極の耐圧を向上させ、ショットキー電極
のリーク電流を低減させることができるGaAsMES
FET等の半導体素子とその製造方法を提供することに
ある。また、本発明の目的とするところは、ショットキ
ー接合を利用したショットキーバリアダイオード等の半
導体素子の順方向電流電圧特性または逆方向電流電圧特
性を向上させることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the above conventional examples, and it is an object of the present invention to improve the characteristics of a semiconductor device using a Schottky junction between a semiconductor and a metal. It was done for the purpose. In particular,
The object of the present invention is to solve the problems of the conventional semiconductor device and the like having improved pressure resistance as described above, do not require a complicated process and a complicated structure, and are inexpensive and easily shot. GaAs MES capable of improving the withstand voltage of the key electrode and reducing the leak current of the Schottky electrode
It is to provide a semiconductor element such as an FET and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to improve the forward current-voltage characteristic or the reverse current-voltage characteristic of a semiconductor element such as a Schottky barrier diode using a Schottky junction.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体素子
は、化合物半導体基板上部に形成された能動層とショッ
トキー接合をなすショットキー電極を有する半導体素子
において、前記能動層のショットキー電極が形成された
領域及びその近傍のうち少なくとも一部に、改質層が形
成されていることを特徴としている。
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a Schottky electrode forming a Schottky junction with an active layer formed on a compound semiconductor substrate, wherein the Schottky electrode of the active layer is formed. The modified layer is formed in at least a part of the formed region and its vicinity.

【0020】この改質層は、高抵抗層であって、また、
例えばプラズマ処理によって形成することができる。
The modified layer is a high resistance layer, and
For example, it can be formed by plasma treatment.

【0021】特に、前記改質層は、能動層のショットキ
ー電極が形成された領域を含む領域に形成されているの
が好ましい。
In particular, it is preferable that the modified layer is formed in a region including a region of the active layer where the Schottky electrode is formed.

【0022】また、この半導体素子としては、能動層の
上にショットキー電極と2つのオーミック電極を形成さ
れた電界効果型のトランジスタ素子であってもよい。
The semiconductor element may be a field effect transistor element having a Schottky electrode and two ohmic electrodes formed on the active layer.

【0023】あるいは、能動層の上にショットキー電極
を形成されたショットキーバリア型のダイオード素子で
あってもよい。その場合、改質層は、ショットキー電極
の外周部の直下領域もしくは外周部と隣接する領域に形
成することができる。また、改質層は、ショットキー電
極の直下領域もしくは当該直下領域よりも小さな領域に
形成することもできる。あるいは、改質層は、ショット
キー電極の直下領域もしくは当該直下領域よりも大きな
領域に形成してもよい。
Alternatively, it may be a Schottky barrier type diode element in which a Schottky electrode is formed on the active layer. In that case, the modified layer can be formed in a region directly below the outer peripheral portion of the Schottky electrode or in a region adjacent to the outer peripheral portion. The modified layer can also be formed in a region directly below the Schottky electrode or in a region smaller than the region directly below the Schottky electrode. Alternatively, the modified layer may be formed in a region directly below the Schottky electrode or in a region larger than the region directly below the Schottky electrode.

【0024】また、本発明による半導体素子の製造方法
は、化合物半導体基板上部に能動層を形成し、該能動層
とショットキー接合をなすショットキー電極を設けた半
導体素子の製造方法において、前記能動層のショットキ
ー電極を形成しようとする領域及びその近傍のうち少な
くとも一部に、プラズマ処理を施して改質した後、当該
改質層に接触または隣接させるようにしてショットキー
電極を前記能動層上に形成することを特徴としている。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor device, wherein an active layer is formed on a compound semiconductor substrate, and a Schottky electrode forming a Schottky junction with the active layer is provided. At least a part of a region where a Schottky electrode of the layer is to be formed and its vicinity are subjected to plasma treatment for modification, and then the Schottky electrode is contacted with or adjacent to the modified layer to form the Schottky electrode in the active layer. It is characterized by being formed on top.

【0025】特に、この製造方法においては、能動層の
ショットキー電極が形成される領域及びその近傍にプラ
ズマ処理を施して能動層に改質層を形成した後、この改
質層上にショットキー電極を形成するのが好ましい。
In particular, in this manufacturing method, a plasma treatment is applied to a region of the active layer where the Schottky electrode is formed and its vicinity to form a modified layer on the active layer, and then the Schottky layer is formed on the modified layer. It is preferable to form electrodes.

【0026】[0026]

【作用】本発明によれば、ショットキー電極が形成され
た領域及びその近傍のうち少なくとも一部において、能
動層に改質層(改質された高抵抗層)を設けることによ
って半導体素子の素子特性を改善できた。これは、能動
層及び能動層表面の改質により、能動層のショットキー
電極直下及びその近傍の少なくとも一部にキャリア濃度
の減少や、表面準位密度の変化が起こったことによるも
のと推測される。また、ショットキー電極の端部での電
界集中も緩和されていると推測される。
According to the present invention, a device of a semiconductor device is provided by providing a modified layer (modified high resistance layer) on an active layer in at least a part of a region where a Schottky electrode is formed and its vicinity. The characteristics could be improved. It is speculated that this is because the modification of the active layer and the surface of the active layer caused a decrease in the carrier concentration and a change in the surface level density in at least a part of the active layer immediately below and near the Schottky electrode. It It is also presumed that the electric field concentration at the end of the Schottky electrode is alleviated.

【0027】能動層にプラズマ処理を施して改質層を形
成すれば、簡単な方法によって改質層を設けることがで
きるので、半導体素子の構造や製造工程等が複雑になる
こともなく、簡易な手段によって素子特性を改善するこ
とができる。
If the modified layer is formed by subjecting the active layer to plasma treatment, the modified layer can be provided by a simple method. Therefore, the structure of the semiconductor element, the manufacturing process, etc. are not complicated, and the modified layer is simple. The device characteristics can be improved by various means.

【0028】例えば、能動層のショットキー電極が形成
された領域を含む領域に改質層を形成された電界効果型
のトランジスタ素子においては、キャリア密度が減少
し、表面準位密度の変化が引き起こされたものと推測さ
れ、この結果、ゲート電極の下に薄い高抵抗層が形成さ
れ、ゲート耐圧等に大きな影響を与えるといわれる表面
準位の影響を抑制することができる。この結果、ゲート
耐圧を向上させ、またゲートのリーク電流を小さくする
など、素子特性を改善することができる。
For example, in a field effect transistor element in which a modified layer is formed in a region including a region in which an Schottky electrode of an active layer is formed, carrier density is reduced and surface level density is changed. As a result, a thin high resistance layer is formed under the gate electrode, and the influence of the surface level, which is considered to have a great influence on the gate breakdown voltage and the like, can be suppressed. As a result, it is possible to improve the device characteristics such as improving the gate breakdown voltage and reducing the leak current of the gate.

【0029】また、ショットキーバリア型のダイオード
素子において、ショットキー電極の外周部の直下領域も
しくは外周部と隣接する領域に改質層を形成すれば、シ
ョットキー電極の端における電界集中を緩和することが
でき、ダイオード素子の逆方向特性を改善することがで
きる。
Further, in the Schottky barrier type diode element, if the reforming layer is formed in the region immediately below the outer peripheral portion of the Schottky electrode or in the region adjacent to the outer peripheral portion, electric field concentration at the end of the Schottky electrode is relaxed. Therefore, the reverse characteristic of the diode element can be improved.

【0030】また、ショットキーバリア型のダイオード
素子において、ショットキー電極の直下領域もしくは当
該直下領域よりも小さな領域に改質層を形成すれば、バ
リアハイトを小さくでき、ダイオード素子の順方向特性
を改善することができる。
Further, in the Schottky barrier type diode element, if the reforming layer is formed in the region directly under the Schottky electrode or in a region smaller than the region directly under the Schottky electrode, the barrier height can be reduced and the forward characteristics of the diode element can be improved. can do.

【0031】また、ショットキーバリア型のダイオード
素子において、ショットキー電極の直下領域もしくは当
該直下領域よりも大きな領域に改質層を形成すれば、ダ
イオード素子の順方向特性及び逆方向特性を共に改善す
ることができる。
Further, in the Schottky barrier type diode element, if the reforming layer is formed in a region directly under the Schottky electrode or in a region larger than the region directly under the Schottky electrode, both the forward characteristic and the reverse characteristic of the diode element are improved. can do.

【0032】[0032]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。なお、図において、同一部分には同一符号を付
す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are designated by the same reference numerals.

【0033】(第1の実施例)図1(a)〜(e)は本
発明の一実施例によるGaAsMESFETの製造方法
を示す断面図である。まず、図1(a)に示すように、
半絶縁性GaAsからなる半導体基板1上部に、イオン
注入法あるいはMBE法等により能動層2(キャリア濃
度約1×1017cm-3)を形成する。次に、ホトリソグ
ラフィ法等により能動層2の上にレジスト(図示せず)
をパターニングした後、Au−Ge/Ni系の金属を蒸
着しリフトオフして能動層2上にソース電極3及びドレ
イン電極4を形成し、ソース電極3及びドレイン電極4
を熱処理して合金化する。
(First Embodiment) FIGS. 1A to 1E are sectional views showing a method of manufacturing a GaAs MESFET according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG.
An active layer 2 (carrier concentration of about 1 × 10 17 cm −3 ) is formed on the semiconductor substrate 1 made of semi-insulating GaAs by an ion implantation method or an MBE method. Next, a resist (not shown) is formed on the active layer 2 by photolithography or the like.
After patterning, the Au-Ge / Ni-based metal is evaporated and lifted off to form the source electrode 3 and the drain electrode 4 on the active layer 2, and the source electrode 3 and the drain electrode 4 are formed.
Is heat treated to alloy.

【0034】次に、同図(b)に示すように、半導体基
板1、ソース電極3及びドレイン電極4を覆うように下
層レジスト膜5を形成する。次に、下層レジスト膜5上
に再度レジストを塗布、焼き付けした後、露光、現像
し、所定パターンの上層レジスト膜6を形成する。こう
して形成された上層レジスト膜6にはゲート電極形成領
域において窓8aが開口されている。
Next, as shown in FIG. 3B, a lower resist film 5 is formed so as to cover the semiconductor substrate 1, the source electrode 3 and the drain electrode 4. Next, a resist is applied again on the lower resist film 5, baked, and then exposed and developed to form an upper resist film 6 having a predetermined pattern. The upper resist film 6 thus formed has a window 8a opened in the gate electrode formation region.

【0035】次に、同図(c)に示すように、上層レジ
スト膜6をマスクとして、下層レジスト膜5をドライエ
ッチングし、窓8aの下に窓8aよりも若干広い窓8b
を開口する。その後、窓8a,8bを通して半導体基板
1にプラズマ処理(図において、矢印は、プラズマ照射
の方向を示す)を行う。このプラズマ処理により、ゲー
ト電極形成領域及びその周辺部の能動層2に改質層2a
が形成される。したがって、ドライエッチング後に連続
して改質層2aを形成することも可能である。
Next, as shown in FIG. 3C, the lower resist film 5 is dry-etched by using the upper resist film 6 as a mask, and a window 8b under the window 8a is slightly wider than the window 8a.
To open. After that, the semiconductor substrate 1 is subjected to plasma treatment (in the figure, the arrow indicates the direction of plasma irradiation) through the windows 8a and 8b. By this plasma treatment, the modified layer 2a is formed on the active layer 2 in the gate electrode formation region and its peripheral portion.
Is formed. Therefore, it is possible to continuously form the modified layer 2a after the dry etching.

【0036】このプラズマ処理は例えばRIE装置を用
いて実施することができる。また、プラズマ源となるガ
ス種は、O2、N2、Ar、CF4、CHF3、H2等のガ
スを始めとして、プラズマ源となるガスであれば任意の
ガスを用いることができる。あるいは、これらのガスを
複数組合せたものであってもよい。
This plasma treatment can be carried out using, for example, an RIE device. Further, as the gas species serving as the plasma source, any gas such as O 2 , N 2 , Ar, CF 4 , CHF 3 , H 2 and the like can be used as long as it is a gas serving as the plasma source. Alternatively, a combination of a plurality of these gases may be used.

【0037】次に、同図(d)に示すように、能動層2
の改質層2aのリセスエッチングを行い、続いて半導体
基板1を6N−HCl(6規定の塩酸)に1分間浸漬し
て改質層2aの表面に形成された酸化膜(図示せず)を
除去した後、Ti/Pt/AuまたはAl等からなる金
属を蒸着し、金属膜7を形成する。
Next, as shown in FIG.
Recess etching of the modified layer 2a is performed, and then the semiconductor substrate 1 is immersed in 6N-HCl (6N hydrochloric acid) for 1 minute to remove an oxide film (not shown) formed on the surface of the modified layer 2a. After the removal, a metal such as Ti / Pt / Au or Al is vapor-deposited to form the metal film 7.

【0038】最後に、同図(e)に示すように、リフト
オフにより、金属膜7の不要部分を下層レジスト膜5及
び上層レジスト膜6とともに除去し、リセス9内にゲー
ト電極7aを形成し、目的とするGaAsMESFET
31を得る。
Finally, as shown in FIG. 6 (e), unnecessary portions of the metal film 7 are removed together with the lower resist film 5 and the upper resist film 6 by lift-off to form a gate electrode 7a in the recess 9, Target GaAs MESFET
Get 31.

【0039】以上説明したように、このGaAsMES
FET31及びその製造方法の特徴とするところは、シ
ョットキー接合をなすゲート電極7a直下及びその近傍
にプラズマ処理を施すことにより、能動層2にプラズマ
処理による改質層2aを形成することにある。したがっ
て、上記実施例において、プラズマ処理の工程以外の他
の工程は、従来の工程と同様である。
As described above, this GaAs MES
A feature of the FET 31 and its manufacturing method is that the modified layer 2a is formed on the active layer 2 by plasma treatment by performing plasma treatment immediately below and in the vicinity of the gate electrode 7a forming a Schottky junction. Therefore, in the above embodiment, the steps other than the plasma treatment step are the same as the conventional steps.

【0040】なお、上記実施例では、リセスエッチング
前にプラズマ処理を行ったが、これに限ることはなく、
リセスエッチング後にプラズマ処理を行い、その後半導
体基板を6N−HCl(6規定の塩酸)に1分間浸漬し
て改質層の表面に形成された酸化膜を除去し、ついでそ
の上にゲート電極を形成してもよい。また、リセスエッ
チングを行わない構造のものでもよく、上記図1(c)
で説明したプラズマ処理を行った後、改質層の表面に形
成された酸化膜を除去し、リセスエッチングを行わずに
ゲート電極を形成した構造のものでもよい。
In the above embodiment, the plasma treatment was performed before the recess etching, but the present invention is not limited to this.
After recess etching, plasma treatment is performed, and then the semiconductor substrate is immersed in 6N-HCl (6N hydrochloric acid) for 1 minute to remove the oxide film formed on the surface of the modified layer, and then a gate electrode is formed thereon. You may. Further, it may have a structure in which recess etching is not performed, as shown in FIG.
The structure may be such that the gate electrode is formed without performing the recess etching after removing the oxide film formed on the surface of the modified layer after performing the plasma treatment described in 1. above.

【0041】(第1の実施例の測定結果)上記実施例の
特性を調べるため、プラズマ源となるガス種としてO2
ガスを用いて、表1に示す条件下でRIE装置によりプ
ラズマ処理を施し、上記実施例のGaAsMESFET
を作製した。
(Measurement result of the first embodiment) In order to investigate the characteristics of the above-mentioned embodiment, O 2 was used as a gas species serving as a plasma source.
A GaAs MESFET of the above-mentioned embodiment was subjected to plasma treatment by a RIE device using gas under the conditions shown in Table 1.
Was produced.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】また、プラズマ処理を施さない点以外では
実施例と同様の条件で、従来の製法により従来例のGa
AsMESFETを作製した。そして、ゲート−ドレイ
ン間に逆バイアスの電圧(Vgd=−12V;ソース開
放)を印加した時のゲート電流Igを測定した。また、
ゲート−ソース間電圧Vgsを0Vとし、ソース−ドレイ
ン間に電圧Vds=9Vを印加した時のゲート電流Igを
測定した。なお、実施例、従来例いずれのGaAsME
SFETも、ゲート長:0.5μm、ゲート幅:300
μm、リセス深さ:0.15μmであった。この測定の
結果、表2に示すように、本実施例のGaAsMESF
ETは、従来の製法によるものに比べて、逆バイアス電
圧印加時のゲート電流Igは約1/10となり大幅に減
少している。つまり、ゲート耐圧が大幅に向上している
ことが分かる。また、ゲート−ソース間電圧Vgsを0V
とし、ソース−ドレイン間にVds=9Vの電圧を印加し
た時のゲート電流Igも約1/50と大幅に低減されて
いる。すなわち、従来例の図17に示したような能動層
上に表面アンドープ層を形成したGaAsMESFET
と同等以上のゲート耐圧を得ることができた。
Further, under the same conditions as in the embodiment except that the plasma treatment was not performed, the Ga of the conventional example was manufactured by the conventional manufacturing method.
An AsMESFET was produced. Then, the gate current Ig was measured when a reverse bias voltage (Vgd = -12V; open source) was applied between the gate and the drain. Also,
The gate-source voltage Vgs was set to 0V, and the gate current Ig was measured when a voltage Vds = 9V was applied between the source and drain. In addition, the GaAsME of both the example and the conventional example
SFET also has a gate length of 0.5 μm and a gate width of 300
μm, recess depth: 0.15 μm. As a result of this measurement, as shown in Table 2, the GaAs MESF of the present example.
In ET, the gate current Ig at the time of applying a reverse bias voltage is about 1/10, which is much smaller than that in the conventional manufacturing method. That is, it can be seen that the gate breakdown voltage is significantly improved. In addition, the gate-source voltage Vgs is 0V
In addition, the gate current Ig when a voltage of Vds = 9V is applied between the source and the drain is also greatly reduced to about 1/50. That is, the GaAs MESFET in which the surface undoped layer is formed on the active layer as shown in FIG. 17 of the conventional example.
It was possible to obtain a gate breakdown voltage equal to or higher than the above.

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】また、本実施例のGaAsMESFETで
は、相互コンダクタンス(gm)、遮断周波数(ft)等
の素子特性の劣化も見られず、従来の製法によるものと
同等の特性が確認された。
Further, in the GaAs MESFET of this embodiment, deterioration of element characteristics such as transconductance (g m ) and cutoff frequency (f t ) was not observed, and characteristics equivalent to those of the conventional manufacturing method were confirmed.

【0046】さらに、プラズマ処理条件のRFパワーを
80W、処理時間を10分として同様な測定を行なった
が、その場合にも、表1に示す条件で行なった場合とほ
ぼ同様の効果が確認された。
Further, the same measurement was carried out under the plasma processing conditions with the RF power set to 80 W and the processing time set to 10 minutes. In this case as well, substantially the same effect as that obtained under the conditions shown in Table 1 was confirmed. It was

【0047】このようにして半導体基板1にプラズマ処
理を施すと、能動層2が改質され、能動層2のゲート電
極7a直下及びその近傍のキャリア密度が減少し、表面
準位密度の変化が引き起こされたものと推測され、この
結果、ゲート電極7aの下に薄い高抵抗層が形成され、
ゲート耐圧等に大きな影響を与えるといわれる表面準位
の影響を緩和することができる。同時に、ゲート電極7
aやドレイン電極4の端部での電界集中を緩和すること
ができる。この結果、GaAsMESFET31のゲー
ト耐圧を向上させ、またゲートのリーク電流を小さくす
るなど、GaAsMESFETの特性を改善することが
できる。
When the semiconductor substrate 1 is subjected to the plasma treatment in this way, the active layer 2 is reformed, the carrier density immediately below the gate electrode 7a of the active layer 2 and in the vicinity thereof is reduced, and the surface level density is changed. It is presumed that this is caused, and as a result, a thin high resistance layer is formed under the gate electrode 7a,
It is possible to mitigate the influence of the surface level, which is said to have a great influence on the gate breakdown voltage and the like. At the same time, the gate electrode 7
It is possible to reduce the electric field concentration at a and the end of the drain electrode 4. As a result, it is possible to improve the gate breakdown voltage of the GaAs MESFET 31 and to improve the characteristics of the GaAs MESFET, such as reducing the leak current of the gate.

【0048】(第2の実施例)図2(a)〜(d)は本
発明の別な実施例の製造方法を示す断面図であって、こ
こに示されている半導体素子はソース及びドレイン領域
に高キャリア濃度のn+能動層を形成されたGaAsM
ESFET32である。
(Second Embodiment) FIGS. 2A to 2D are sectional views showing a manufacturing method of another embodiment of the present invention, in which the semiconductor element shown here is a source and a drain. GaAsM with a high carrier concentration n + active layer formed in the region
ESFET 32.

【0049】まず、図2(a)に示すように、液体封止
引上げ(LEC)法によって作製された半絶縁性GaA
sからなる半導体基板11上部に、n能動層12を形成
し、さらにn能動層12の両側に高キャリア濃度のn+
能動層13を選択的に形成する。例えば、イオン注入法
により、半導体基板11の上部に打込みエネルギー80
keV、打込みキャリア密度6×1012cm-2でn型イ
オンを打込んでn能動層12を形成した後、n+能動層
13を形成しようとする領域を除く領域をレジスト(図
示せず)で覆い、このレジストをマスクとして打込みエ
ネルギー120keV、打込みキャリア密度2×1013
cm-2でn能動層よりも深くn型イオンを打込み、ソー
ス電極及びドレイン電極を形成する領域の下にn+能動
層13を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a semi-insulating GaA produced by the liquid encapsulation pull-up (LEC) method.
An n active layer 12 is formed on the semiconductor substrate 11 made of s, and n + having a high carrier concentration is formed on both sides of the n active layer 12.
The active layer 13 is selectively formed. For example, implantation energy of 80 is applied to the upper portion of the semiconductor substrate 11 by an ion implantation method.
After forming the n active layer 12 by implanting n-type ions with keV and an implanting carrier density of 6 × 10 12 cm -2 , a resist (not shown) is formed in the region except the region where the n + active layer 13 is to be formed. Then, using this resist as a mask, the implantation energy is 120 keV and the implantation carrier density is 2 × 10 13.
The n + active layer 13 is formed below the region where the source electrode and the drain electrode are formed by implanting n-type ions deeper than the n active layer at cm −2 .

【0050】次に、図2(b)に示すように、n+能動
層13の上にAu−Ge/Ni系等のオーミック金属を
蒸着してソース電極14及びドレイン電極15を形成
し、両電極14,15を熱処理して合金化する。この
後、図2(c)に示すように、ソース及びドレイン電極
14,15をマスクとし、RIE装置等を用いて、両電
極14,15間のn能動層12及びn+能動層13にプ
ラズマを照射し、改質層16を形成する。こうしてプラ
ズマ処理を施して改質層16を形成することにより、第
1の実施例と同様にn能動層12及びn+能動層13の
表面近傍の準位密度の変化が引き起こされたものと推測
され、この結果、半導体基板11本来の固有の準位を補
償し、表面準位の影響を緩和することができる。なお、
この場合も、プラズマ源となるガスは、O2、N2、A
r、CF4、CHF3、H2等のガスはもちろんのこと、
プラズマ源となるガスであれば任意のガスを用いること
ができる。あるいは、これらのガスを複数組合せたもの
であってもよい。
Next, as shown in FIG. 2B, a source electrode 14 and a drain electrode 15 are formed by vapor-depositing an ohmic metal such as Au-Ge / Ni system on the n + active layer 13. The electrodes 14 and 15 are heat-treated and alloyed. After that, as shown in FIG. 2C, plasma is formed on the n active layer 12 and the n + active layer 13 between the electrodes 14 and 15 by using the source and drain electrodes 14 and 15 as a mask and using an RIE device or the like. And the modified layer 16 is formed. It is presumed that the plasma treatment was performed to form the modified layer 16 in this way, which caused a change in the level density near the surface of the n active layer 12 and the n + active layer 13 as in the first embodiment. As a result, the original intrinsic level of the semiconductor substrate 11 can be compensated and the influence of the surface level can be mitigated. In addition,
Also in this case, the gas serving as the plasma source is O 2 , N 2 , A
Not only gases such as r, CF 4 , CHF 3 and H 2 ,
Any gas can be used as long as it serves as a plasma source. Alternatively, a combination of a plurality of these gases may be used.

【0051】次に、図2(d)に示すように、半導体基
板11を6N−HCl(6規定の塩酸)に1分間浸漬し
て改質層16の表面に形成された酸化膜(図示せず)を
除去した後、n能動層12の上の改質層16に形成され
たリセス17内にTi/Pt/AuまたはAl等からな
るゲート電極18を形成し、目的とするGaAsMES
FET32を得る。この際、リセス17を形成するため
のリセスエッチングは、プラズマ照射した後に行なって
もよいし、あるいは、リセスエッチングを行なってから
プラズマ照射してもよい。
Next, as shown in FIG. 2D, the semiconductor substrate 11 is immersed in 6N-HCl (6N hydrochloric acid) for 1 minute to form an oxide film (not shown) on the surface of the modified layer 16. After removal of the above), a gate electrode 18 made of Ti / Pt / Au or Al or the like is formed in the recess 17 formed in the modified layer 16 on the n-active layer 12, and the target GaAs MES is formed.
Get the FET 32. At this time, the recess etching for forming the recess 17 may be performed after the plasma irradiation, or may be performed after the recess etching is performed.

【0052】このようにしてn+能動層13を有するタ
イプのGaAsMESFETにおいても、第1の実施例
のGaAsMESFETと同様、ゲート耐圧を向上さ
せ、リーク電流を減少させることができる。
In this way, also in the GaAs MESFET of the type having the n + active layer 13, the gate breakdown voltage can be improved and the leakage current can be reduced, as in the GaAs MESFET of the first embodiment.

【0053】(第2の実施例の測定結果)上記実施例の
特性を調べるため、プラズマ源となるガス種としてO2
ガスを用い、表3に示す条件下でRIE装置によりプラ
ズマ処理を施し、上記実施例のGaAsMESFETを
作製した。また、プラズマ処理を施さない点以外では実
施例と同様の条件で、従来の製法により従来例のGaA
sMESFETを作製した。なお、実施例、従来例いず
れのGaAsMESFETも、ゲート長:0.5μm、
ゲート幅:100μm、n+能動層間の間隔:2.5μm
とした。
(Measurement result of the second embodiment) In order to investigate the characteristics of the above embodiment, O 2 was used as a gas species to be a plasma source.
Using a gas, plasma treatment was performed by an RIE device under the conditions shown in Table 3 to fabricate the GaAs MESFET of the above example. In addition, the GaA of the conventional example is manufactured by the conventional method under the same conditions as the example except that the plasma treatment is not performed.
An sMESFET was produced. The GaAs MESFETs of both the embodiment and the conventional example have a gate length of 0.5 μm,
Gate width: 100 μm, Distance between n + active layers: 2.5 μm
And

【0054】[0054]

【表3】 [Table 3]

【0055】そして、ゲート−ドレイン間電圧Vgdとゲ
ート電流Igとの関係を測定した。このゲート電流電圧
特性曲線を図3に示す。図3において実線で示したもの
が実施例のゲート電流電圧特性曲線イ、破線で示したも
のが従来例のゲート電流電圧特性曲線ロである。図3か
ら分かるように、実施例によれば、従来例よりもゲート
耐圧が向上しており、リーク電流を減少させることがで
きる。また、ソース−ドレイン間の電圧Vdsに対するゲ
ート電流Igの変化を測定した。この測定結果を図4に
示す。図4において実線で示したものが実施例のゲート
電流ハ、破線で示したものが従来例のゲート電流ニであ
る。図4から分かるように、実施例では、従来例よりも
ゲート電流が減少している。さらに、ゲート−ソース間
電圧Vgsを0Vとし、ソース−ドレイン間の電圧Vdsに
対するドレインコンダクタンスgdの変化を測定した。
これらの測定結果を図5に示す。図5において、実線で
示したものが実施例のドレインコンダクタンスgdを示
す曲線ホ、破線で示したものが従来例のドレインコンダ
クタンスgdを示す曲線ヘである。図5から分かるよう
に、実施例においては、ドレインコンダクタンスgdの
ピーク(図5の○印の箇所)を与えるドレイン−ソース
間電圧Vdsの値が大きくなっており、これは内部電界の
集中が緩和されていることを意味している。これらの測
定結果から、本発明のGaAsMESFETによれば、
出力電力を大きくし、信頼性等を大幅に向上できること
が分かる。
Then, the relationship between the gate-drain voltage Vgd and the gate current Ig was measured. This gate current-voltage characteristic curve is shown in FIG. In FIG. 3, what is shown by a solid line is the gate current-voltage characteristic curve a of the embodiment, and what is shown by a broken line is the gate current-voltage characteristic curve b of the conventional example. As can be seen from FIG. 3, according to the example, the gate breakdown voltage is higher than that of the conventional example, and the leak current can be reduced. Further, the change of the gate current Ig with respect to the source-drain voltage Vds was measured. The measurement result is shown in FIG. In FIG. 4, the solid line shows the gate current C of the embodiment, and the broken line shows the gate current D of the conventional example. As can be seen from FIG. 4, in the embodiment, the gate current is smaller than that in the conventional example. Further, the gate-source voltage Vgs was set to 0 V, and changes in the drain conductance gd with respect to the source-drain voltage Vds were measured.
The results of these measurements are shown in FIG. In FIG. 5, the solid line shows a curve e showing the drain conductance gd of the embodiment, and the broken line shows a curve showing the drain conductance gd of the conventional example. As can be seen from FIG. 5, in the embodiment, the value of the drain-source voltage Vds that gives the peak of the drain conductance gd (the portion marked with a circle in FIG. 5) is large, which means that the concentration of the internal electric field is relaxed. It means being done. From these measurement results, according to the GaAs MESFET of the present invention,
It can be seen that the output power can be increased and the reliability and the like can be significantly improved.

【0056】(第3の実施例)図6は本発明のさらに別
な実施例を示す断面図であって、ここに示されている半
導体素子もソース及びドレイン領域に高キャリア濃度の
+能動層13を形成されたGaAsMESFET32
aである。このGaAsMESFET32aは、GaA
sMESFET32と比較して、リセス17が設けられ
ておらず、素子表面が平らになっている。また、n能動
層12のゲート電極18よりも若干広い領域にプラズマ
を照射して改質層16を形成している。なお、11aは
p層である。
(Third Embodiment) FIG. 6 is a sectional view showing still another embodiment of the present invention. The semiconductor element shown in FIG. 6 also has a high carrier concentration n + active region in the source and drain regions. GaAs MESFET 32 with layer 13 formed
a. This GaAs MESFET 32a is GaA
Compared to the sMESFET 32, the recess 17 is not provided and the element surface is flat. Further, the modified layer 16 is formed by irradiating the region of the n-active layer 12 which is slightly wider than the gate electrode 18 with plasma. In addition, 11a is a p layer.

【0057】本発明は、この実施例のGaAsMESF
ET32aや図1(e)に示す実施例のGaAsMES
FET31などのように素子のゲート近傍にのみプラズ
マ処理して高抵抗領域(改質層2a,16)を形成する
ことを特徴としており、これにより高耐圧化することが
可能である。このような構造においては、従来例のGa
AsMESFET73で問題となっている、チャネルと
直列に存在する寄生抵抗を低く抑えることができる。さ
らに、プラズマ処理する領域以外については、イオン注
入法等を用いて低抵抗化を実現することが可能であり、
高耐圧化と低抵抗化を独立に実現できる。このことは、
前記式において、最大電流Imax、降伏電圧BVdsを
大きくし、独立に、かつ同時に、ニー電圧Vkneeを小さ
くすることができるということであり、MESFETの
高出力化、高効率化において非常に有効である。また、
本発明によれば、従来例として挙げているLDD構造や
多段リセス構造と同時に用いることが可能であり、従来
例の効果にさらに本発明の効果を付加することも可能で
ある。
The present invention is based on the GaAs MESF of this embodiment.
ET32a and GaAs MES of the embodiment shown in FIG. 1 (e)
The high resistance region (the modified layers 2a and 16) is formed by performing plasma treatment only in the vicinity of the gate of the element such as the FET 31. This makes it possible to increase the breakdown voltage. In such a structure, the conventional Ga
The parasitic resistance existing in series with the channel, which is a problem in the AsMESFET 73, can be suppressed low. Furthermore, for regions other than the plasma processing region, it is possible to achieve low resistance by using an ion implantation method or the like,
High breakdown voltage and low resistance can be realized independently. This is
In the above equation, the maximum current Imax and the breakdown voltage BVds can be increased, and the knee voltage Vknee can be decreased independently and simultaneously, which is very effective in increasing the output and efficiency of the MESFET. . Also,
According to the present invention, it is possible to use the LDD structure and the multi-step recess structure mentioned as the conventional example at the same time, and it is possible to add the effect of the present invention to the effect of the conventional example.

【0058】また、素子を部分的に高抵抗化する場合、
エピタキシャル成長技術を用いると、半導体層の平面構
造を作ることができない。これに対し、本発明のよう
に、プラズマ処理技術を用いる方法では、フォトリソグ
ラフィ技術を組合せることで平面構造を自由に作ること
ができる。よって、平面構造において、素子を部分的に
高抵抗化することが可能であり、必要となる部分にのみ
処理を施して高抵抗化することができる。
Further, when the resistance of the element is partially increased,
With the epitaxial growth technique, it is not possible to make a planar structure of the semiconductor layer. On the other hand, in the method using the plasma processing technique as in the present invention, a planar structure can be freely formed by combining the photolithography techniques. Therefore, in the planar structure, it is possible to partially increase the resistance of the element, and it is possible to increase the resistance by performing processing only on a necessary portion.

【0059】(第4の実施例)図7(a)〜(e)は本
発明のさらに別な実施例によるショットキーバリアダイ
オード33の製造方法を示す断面図である。まず、図7
(a)に示すように、不純物を高濃度にドープされたn
+GaAs等の低抵抗の半導体基板21の上にn能動層
22をエピタキシャル成長させる。
(Fourth Embodiment) FIGS. 7A to 7E are sectional views showing a method of manufacturing a Schottky barrier diode 33 according to still another embodiment of the present invention. First, FIG.
As shown in (a), n heavily doped with impurities
An n active layer 22 is epitaxially grown on a low resistance semiconductor substrate 21 such as + GaAs.

【0060】次に、図7(b)に示すように、n能動層
22上に成膜されたレジスト23にフォトリソグラフィ
を施してパターニングし、ショットキー電極形成予定領
域及びその外周領域に対応させてレジスト23に窓24
を開口する。
Next, as shown in FIG. 7B, the resist 23 formed on the n active layer 22 is subjected to photolithography to be patterned so as to correspond to the Schottky electrode formation planned region and its peripheral region. Window on resist 23
To open.

【0061】ついで、図7(c)に示すように、レジス
ト23をマスクとして、RIE装置等を用いてn能動層
22にプラズマを照射し、n能動層22の表面に改質層
25を形成する。このようにしてn能動層22にプラズ
マ処理を行なうことにより、n能動層22の表面近傍を
改質することができる。これにより、n能動層22の表
面準位の変化が引き起こされたものと推測され、この結
果、半導体基板21本来の固有の準位を補償し、表面準
位の影響を緩和することができる。この場合、プラズマ
源となるガスは、O2、N2、Ar、CF4、CHF3、H
2等のガスはもちろんのこと、プラズマ源となるガスで
あれば任意のガスを用いることができる。あるいは、こ
れらのガスを複数組合せたものであってもよい。
Then, as shown in FIG. 7C, plasma is irradiated to the n active layer 22 by using the resist 23 as a mask and an RIE device or the like, and a modified layer 25 is formed on the surface of the n active layer 22. To do. By performing the plasma treatment on the n active layer 22 in this manner, the vicinity of the surface of the n active layer 22 can be modified. It is presumed that this causes a change in the surface level of the n-active layer 22, and as a result, the inherent level inherent in the semiconductor substrate 21 can be compensated and the influence of the surface level can be mitigated. In this case, the gas serving as the plasma source is O 2 , N 2 , Ar, CF 4 , CHF 3 , H.
Not only the gas such as 2 but also any gas can be used as long as it is a gas serving as a plasma source. Alternatively, a combination of a plurality of these gases may be used.

【0062】こうしてn能動層22にプラズマを照射し
た後、レジスト23を剥離する。この後、半導体基板2
1の上に再度別なレジスト(図示せず)を成膜し、フォ
トリソグラフィにより当該レジストにショットキー電極
形成予定領域に対応させて窓を開口する。ついで、半導
体基板21を6N−HCl(6規定の塩酸)に1分間浸
漬して改質層25の表面に形成された酸化膜(図示せ
ず)を除去した後、当該レジストの上からTi/Pt/
Au等の電極材料を蒸着し、図7(d)に示すようにリ
フトオフによってショットキー電極26を形成する。こ
うして改質層25はショットキー電極26直下及びその
周囲のショットキー電極26よりも広い領域に形成さ
れ、ショットキー電極26の端部での電界集中が緩和さ
れる。
After irradiating the plasma to the n active layer 22 in this way, the resist 23 is peeled off. After this, the semiconductor substrate 2
Another resist (not shown) is again formed on 1 and a window is opened in the resist corresponding to the Schottky electrode formation planned region by photolithography. Then, the semiconductor substrate 21 is immersed in 6N-HCl (6N hydrochloric acid) for 1 minute to remove the oxide film (not shown) formed on the surface of the modified layer 25, and then Ti / Pt /
An electrode material such as Au is vapor-deposited, and the Schottky electrode 26 is formed by lift-off as shown in FIG. In this way, the modified layer 25 is formed immediately below the Schottky electrode 26 and in a region wider than the Schottky electrode 26 around the Schottky electrode 26, and the electric field concentration at the end of the Schottky electrode 26 is relaxed.

【0063】最後に、図7(e)に示すように、半導体
基板21の下面にAu−Ge/Ni等のオーミック電極
27を設ける。
Finally, as shown in FIG. 7E, an ohmic electrode 27 made of Au—Ge / Ni or the like is provided on the lower surface of the semiconductor substrate 21.

【0064】(第4の実施例の測定結果)上記実施例の
特性を調べるため、プラズマ源となるガス種としてO2
ガスを用い、表4に示す条件下でRIE装置によりプラ
ズマ処理を施し、上記実施例のショットキーバリアダイ
オードを作製した。また、プラズマ処理を施さない点以
外では実施例と同様の条件で、従来の製法により従来例
のショットキーバリアダイオードを作製した。さらに、
実施例と同様の条件で、ショットキー電極の直下の領域
にのみプラズマ処理を施した比較例(つまり、図12
(e)に示すようなショットキーバリアダイオード)の
ショットキーバリアダイオードを製作した。
(Measurement result of the fourth embodiment) In order to investigate the characteristics of the above embodiment, O 2 was used as a gas species to be a plasma source.
Plasma treatment was performed by using an RIE device under the conditions shown in Table 4 using gas, and the Schottky barrier diode of the above example was produced. Further, a Schottky barrier diode of a conventional example was manufactured by a conventional manufacturing method under the same conditions as those of the example except that the plasma treatment was not performed. further,
A comparative example in which the plasma treatment was applied only to the region immediately below the Schottky electrode under the same conditions as in the example (that is, FIG. 12).
A Schottky barrier diode (Schottky barrier diode as shown in (e)) was manufactured.

【0065】[0065]

【表4】 [Table 4]

【0066】そして、実施例、従来例および比較例につ
いて、ショットキーバリアダイオードの逆方向電流電圧
特性を調べた。この結果を図8に示す。図8の横軸はシ
ョットキー電極−オーミック電極間の印加電圧(逆方向
電圧)、縦軸はショットキー電極とオーミック電極間に
流れる電流の電流密度であって、実線で示すものが実施
例の特性曲線ト、破線で示すものが従来例の特性曲線
チ、一点鎖線で示すものが比較例の特性曲線リである。
図8に表われているように、この実施例によれば、ショ
ットキー電極の逆方向特性が大幅に改善され、逆耐圧が
大きくなっていることが明らかである。また、ショット
キー電極の直下にのみプラズマ照射した比較例と比較し
ても大幅に逆耐圧が向上している。
Then, the reverse current-voltage characteristics of the Schottky barrier diode were examined for the example, the conventional example and the comparative example. The result is shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the applied voltage (reverse voltage) between the Schottky electrode and the ohmic electrode, and the vertical axis represents the current density of the current flowing between the Schottky electrode and the ohmic electrode. The characteristic curve G and the broken line show the characteristic curve H of the conventional example, and the broken line shows the characteristic curve L of the comparative example.
As shown in FIG. 8, according to this example, it is apparent that the reverse characteristic of the Schottky electrode is significantly improved and the reverse breakdown voltage is increased. Also, the reverse breakdown voltage is significantly improved as compared with the comparative example in which the plasma is irradiated only directly below the Schottky electrode.

【0067】しかして、この実施例では、改質層によっ
てショットキー電極の端部(外周部)の電界集中が緩和
される結果、ショットキーバリアダイオードの順方向特
性を低下させることなく逆方向特性が改善される。
However, in this embodiment, the electric field concentration at the end portion (outer peripheral portion) of the Schottky electrode is relaxed by the modified layer, so that the reverse characteristic of the Schottky barrier diode is not deteriorated. Is improved.

【0068】(第5の実施例)図9に本発明のさらに別
な実施例によるショットキーバリアダイオード34の断
面図を示す。この実施例にあっては、ショットキー電極
26の外周部分の直下近傍の領域にのみプラズマ処理を
施して改質層25を形成している。
(Fifth Embodiment) FIG. 9 shows a sectional view of a Schottky barrier diode 34 according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the plasma treatment is applied only to the region immediately below the outer peripheral portion of the Schottky electrode 26 to form the modified layer 25.

【0069】このようなショットキーバリアダイオード
34においても、改質層25によってショットキー電極
26の端部の電界集中を小さくすることができるので、
図7の実施例と同様、順方向特性を維持したままで逆方
向電流電圧特性の大幅な改善が見られる。
Also in such a Schottky barrier diode 34, the electric field concentration at the end of the Schottky electrode 26 can be reduced by the modified layer 25,
Similar to the embodiment of FIG. 7, the reverse current-voltage characteristics are greatly improved while maintaining the forward characteristics.

【0070】(第6の実施例)図10に本発明のさらに
別な実施例によるショットキーバリアダイオード35の
断面図を示す。この実施例にあっては、ショットキー電
極26の外側近傍においてのみプラズマ処理を施して改
質層25を形成している。
(Sixth Embodiment) FIG. 10 shows a sectional view of a Schottky barrier diode 35 according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the modified layer 25 is formed by performing plasma treatment only near the outside of the Schottky electrode 26.

【0071】このようなショットキーバリアダイオード
35においても、改質層25によってショットキー電極
26の端部の電界集中を小さくすることができるので、
図7の実施例と同様、順方向特性を維持したままで逆方
向電流電圧特性の大幅な改善が見られる。また、このよ
うな構造のショットキーバリアダイオード35であれ
ば、ショットキー電極26を形成した後で、プラズマ処
理を施して改質層25を形成することもできる。
Even in such a Schottky barrier diode 35, the electric field concentration at the end of the Schottky electrode 26 can be reduced by the modified layer 25,
Similar to the embodiment of FIG. 7, the reverse current-voltage characteristics are greatly improved while maintaining the forward characteristics. In the case of the Schottky barrier diode 35 having such a structure, the reformed layer 25 can be formed by performing plasma treatment after forming the Schottky electrode 26.

【0072】(第7の実施例)図11(a)〜(e)は
本発明のさらに別な実施例によるショットキーバリアダ
イオード36の製造方法を示す断面図である。これは、
図7(e)のようなショットキーバリアダイオード33
と同じ構造のショットキーバリアダイオード36を製作
するための別な方法である。
(Seventh Embodiment) FIGS. 11A to 11E are sectional views showing a method of manufacturing a Schottky barrier diode 36 according to still another embodiment of the present invention. this is,
Schottky barrier diode 33 as shown in FIG.
This is another method for manufacturing the Schottky barrier diode 36 having the same structure as the above.

【0073】まず、図11(a)のようなn+GaAs
等の低抵抗半導体基板21上のn能動層22の上に、レ
ジスト23を成膜し、さらにこのレジスト23上に上層
レジスト28を成膜する。
First, n + GaAs as shown in FIG.
A resist 23 is formed on the n-active layer 22 on the low-resistance semiconductor substrate 21, etc., and an upper layer resist 28 is formed on the resist 23.

【0074】次に、図11(b)に示すように、上層レ
ジスト28にフォトリソグラフィを施してパターニング
し、ショットキー電極形成予定領域に対応させて上層レ
ジスト28に窓29を開口する。ついで、上層レジスト
28をマスクとして下のレジスト23をエッチングし、
上層レジスト28の窓29より大きな窓24を下のレジ
スト23に開口する。
Next, as shown in FIG. 11B, the upper layer resist 28 is subjected to photolithography to be patterned, and a window 29 is opened in the upper layer resist 28 corresponding to the region where the Schottky electrode is to be formed. Then, the lower resist 23 is etched using the upper layer resist 28 as a mask,
A window 24 larger than the window 29 of the upper layer resist 28 is opened in the lower resist 23.

【0075】次に、図11(c)に示すように、窓2
9,24を通してn能動層22にプラズマ照射し、レジ
スト23の窓24内に露出している領域に改質層25を
形成する。この後、半導体基板21を6N−HCl(6
規定の塩酸)に1分間浸漬して改質層25の表面に形成
された酸化膜(図示せず)を除去した後、上層レジスト
28の窓29を通して改質層25の上にTi/Pt/A
u等の電極材料を蒸着し、リフトオフによって図11
(d)に示すようにショットキー電極26を形成する。
ついで、図11(e)に示すように、半導体基板21の
下面にAu−Ge/Ni等のオーミック電極27を設け
る。
Next, as shown in FIG. 11C, the window 2
Plasma is applied to the n active layer 22 through 9, 24 to form the modified layer 25 in the region exposed in the window 24 of the resist 23. After that, the semiconductor substrate 21 is changed to 6N-HCl (6
The oxide film (not shown) formed on the surface of the modified layer 25 is removed by immersing it in normal hydrochloric acid for 1 minute, and then Ti / Pt / is formed on the modified layer 25 through the window 29 of the upper resist 28. A
Electrode materials such as u are vapor-deposited, and lift-off is performed, as shown in FIG.
The Schottky electrode 26 is formed as shown in (d).
Then, as shown in FIG. 11E, an ohmic electrode 27 of Au—Ge / Ni or the like is provided on the lower surface of the semiconductor substrate 21.

【0076】(第8の実施例)図12(a)〜(e)は
本発明のさらに別な実施例によるショットキーバリアダ
イオード37の製造方法を示す断面図である。まず、図
12(a)に示すように、不純物を高濃度にドープされ
たn+GaAs等の低抵抗の半導体基板21の上にn能
動層22をエピタキシャル成長させる。
(Eighth Embodiment) FIGS. 12A to 12E are sectional views showing a method of manufacturing a Schottky barrier diode 37 according to still another embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 12A, an n active layer 22 is epitaxially grown on a low resistance semiconductor substrate 21 such as n + GaAs which is highly doped with impurities.

【0077】次に、図12(b)に示すように、n能動
層22上に成膜されたレジスト23にフォトリソグラフ
ィを施してパターニングし、ショットキー電極形成予定
領域に対応させてレジスト23に窓24を開口する。
Next, as shown in FIG. 12B, the resist 23 formed on the n active layer 22 is patterned by photolithography to form a resist 23 corresponding to the Schottky electrode formation planned region. The window 24 is opened.

【0078】ついで、図12(c)に示すように、レジ
スト23をマスクとして、RIE装置等を用いてn能動
層22にプラズマを照射し、n能動層22の表面に改質
層25を形成する。このようにしてn能動層22にプラ
ズマ処理を行なうことにより、n能動層22の表面近傍
を改質することができる。これは、n能動層22の表面
準位を変化させ、半導体基板21本来の固有の準位を補
償し、表面準位の影響を緩和することができるためであ
ると推測される。この場合も、プラズマ源となるガス
は、O2、N2、Ar、CF4、CHF3、H2等のガスは
もちろんのこと、プラズマ源となるガスであれば任意の
ガスを用いることができる。あるいは、これらのガスを
複数組合せたものであってもよい。
Then, as shown in FIG. 12C, the resist 23 is used as a mask to irradiate the n active layer 22 with plasma by using an RIE device or the like to form a modified layer 25 on the surface of the n active layer 22. To do. By performing the plasma treatment on the n active layer 22 in this manner, the vicinity of the surface of the n active layer 22 can be modified. It is presumed that this is because the surface level of the n-active layer 22 can be changed to compensate for the inherent level inherent in the semiconductor substrate 21 and to reduce the influence of the surface level. Also in this case, as the plasma source gas, not only gases such as O 2 , N 2 , Ar, CF 4 , CHF 3 and H 2 but also any gas can be used as long as it is a plasma source gas. it can. Alternatively, a combination of a plurality of these gases may be used.

【0079】こうしてn能動層22にプラズマを照射し
て改質層25を形成し、ついで半導体基板21を6N−
HCl(6規定の塩酸)に1分間浸漬して改質層25の
表面に形成された酸化膜(図示せず)を除去した後、レ
ジスト23の上から改質層25の上にTi/Pt/Au
等の電極材料を蒸着し、図12(d)に示すようにリフ
トオフによってショットキー電極26を形成する。こう
して改質層25はショットキー電極26直下全面に形成
される。
Thus, the modified layer 25 is formed by irradiating the n active layer 22 with plasma, and then the semiconductor substrate 21 is exposed to 6N-.
After immersing in HCl (6N hydrochloric acid) for 1 minute to remove an oxide film (not shown) formed on the surface of the modified layer 25, Ti / Pt is deposited on the modified layer 25 from above the resist 23. / Au
Electrode materials such as the above are vapor-deposited, and the Schottky electrode 26 is formed by lift-off as shown in FIG. In this way, the modified layer 25 is formed on the entire surface immediately below the Schottky electrode 26.

【0080】最後に、図12(e)に示すように、半導
体基板21の下面にAu−Ge/Ni等のオーミック電
極27を設ける。
Finally, as shown in FIG. 12E, an ohmic electrode 27 made of Au—Ge / Ni or the like is provided on the lower surface of the semiconductor substrate 21.

【0081】(第8の実施例の測定結果)上記実施例の
特性を調べるため、プラズマ源となるガス種としてO2
ガスを用い、表5に示す条件下でRIE装置によりプラ
ズマ処理を施し、上記実施例のショットキーバリアダイ
オードを作製した。また、プラズマ処理を施さない点以
外では実施例と同様の条件で、従来の製法により従来例
のショットキーバリアダイオードを作製した。
(Measurement Result of Eighth Embodiment) In order to investigate the characteristics of the above embodiment, O 2 was used as a gas species serving as a plasma source.
Using a gas, plasma treatment was performed by an RIE device under the conditions shown in Table 5, and the Schottky barrier diode of the above example was produced. Further, a Schottky barrier diode of a conventional example was manufactured by a conventional manufacturing method under the same conditions as those of the example except that the plasma treatment was not performed.

【0082】[0082]

【表5】 [Table 5]

【0083】そして、実施例および従来例について、シ
ョットキーバリアダイオードの順方向電流電圧特性を調
べた。この結果を図13に示す。図13の横軸はショッ
トキー電極−オーミック電極間の印加電圧(順方向電
圧)、縦軸はショットキー電極とオーミック電極間に流
れる電流値であって、実線で示すものが実施例の特性曲
線ヌ、破線で示すものが従来例の特性曲線ルである。図
13から分かるように、この実施例によれば、ショット
キー電極の順方向特性が従来例よりも改善されている。
また、図14は図13の順方向特性曲線ヌ,ルを電流値
を対数目盛を用いて表わしたものであって、各順方向特
性曲線ヌ,ルの傾きからショットキー接合のバリアハイ
トの大きさΦBIVを求めると、実施例ではΦBIV=0.6
4eV、従来例ではΦBIV=0.76eVとなった。従っ
て、本発明の実施例によればn能動層やn+半導体基板
のキャリア濃度を変化させることなく、ショットキー接
合のバリアハイトを低減させられることが分かる。一
方、逆方向特性は従来例と同様な特性が得られた(図8
の曲線リ参照)。
Then, the forward current-voltage characteristics of the Schottky barrier diode were examined for the example and the conventional example. The result is shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 13 is the applied voltage (forward voltage) between the Schottky electrode and the ohmic electrode, and the vertical axis is the value of the current flowing between the Schottky electrode and the ohmic electrode. The solid line shows the characteristic curve of the example. Numerals indicated by a broken line are characteristic curves of the conventional example. As can be seen from FIG. 13, according to this embodiment, the forward characteristic of the Schottky electrode is improved as compared with the conventional example.
In addition, FIG. 14 shows the forward characteristic curves N and L of FIG. 13 using a logarithmic scale of the current value, and the size of the barrier height of the Schottky junction is determined from the slope of each forward characteristic curve N and L. When Φ BIV is calculated , Φ BIV = 0.6 in the embodiment.
4 eV, Φ BIV = 0.76 eV in the conventional example. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the barrier height of the Schottky junction can be reduced without changing the carrier concentration of the n active layer or the n + semiconductor substrate. On the other hand, the reverse characteristic was similar to that of the conventional example (FIG. 8).
See the curve).

【0084】しかして、この実施例によれば、ショット
キー電極26の直下の領域でn能動層22が改質される
結果、ショットキー電極26のバリアハイトを小さくす
ることができ、ショットキーバリアダイオード37の逆
方向特性を低下させることなく順方向特性を向上させる
ことができる。なお、図12(e)では、その製造方法
のためにショットキー電極26と改質層25とが一致し
ているが、改質層25がショットキー電極26よりも狭
い領域に形成されていても差し支えない。
According to this embodiment, however, the barrier height of the Schottky electrode 26 can be reduced as a result of the modification of the n active layer 22 in the region directly below the Schottky electrode 26, and the Schottky barrier diode. The forward characteristic can be improved without deteriorating the reverse characteristic of 37. Note that in FIG. 12E, the Schottky electrode 26 and the modified layer 25 are aligned because of the manufacturing method thereof, but the modified layer 25 is formed in a region narrower than the Schottky electrode 26. It doesn't matter.

【0085】上記第4〜第8の実施例を検討すると、シ
ョットキーバリアダイオードにおいては、ショットキー
電極の直下のほぼ全体にプラズマ処理を施して改質層を
形成することにより順方向特性を改善することができ、
ショットキー電極の外周縁部ないし外周縁部と隣接する
領域にプラズマ処理を施して改質層を形成することによ
り逆方向特性を改善することができることが分かる。ま
た、ショットキー電極の直下全面及びその外周領域にプ
ラズマ処理を施して改質層を形成すれば、ショットキー
バリアダイオードの順方向特性及び逆方向特性を共に改
善することができる。
When the fourth to eighth embodiments are examined, the forward characteristics of the Schottky barrier diode are improved by forming a modified layer by performing plasma treatment on almost the entire area immediately below the Schottky electrode. You can
It can be seen that the reverse direction characteristics can be improved by performing the plasma treatment on the outer peripheral edge of the Schottky electrode or a region adjacent to the outer peripheral edge to form the modified layer. Further, by performing plasma treatment on the entire surface immediately below the Schottky electrode and its peripheral region to form the modified layer, both the forward characteristic and the reverse characteristic of the Schottky barrier diode can be improved.

【0086】なお、プラズマ装置、プラズマ処理の条件
等は、上記各実施例のものに限定されることはなく、使
用する化合物半導体基板及びその特性(キャリア濃度、
構造)等に応じて、適宜選定、設定すればよい。
The plasma apparatus, the conditions of the plasma treatment, etc. are not limited to those of the above-mentioned embodiments, and the compound semiconductor substrate to be used and its characteristics (carrier concentration,
It may be appropriately selected and set according to the structure).

【0087】また、上記実施例では、GaAsMESF
ETとショットキーバリアダイオードについて説明した
が、本発明の特徴とするところは、ショットキー電極形
成前(場合によっては形成後)に半導体基板の能動層の
ショットキー電極形成領域又はその近傍のうちの少なく
とも一部にプラズマ処理を施すことにある。従って、本
発明は、GaAsMESFETやショットキーバリアダ
イオード以外にも、HEMT(高電子移動トランジス
タ)、プレーナ型ショットキーバリアダイオード等の、
金属と半導体とのショットキー接合を利用した化合物半
導体素子一般に適用することができる。また、GaAs
MESFETやショットキーバリアダイオードの場合に
も、上記各実施例の構造及び製造プロセスに限定される
ことはなく、他の構造の半導体素子及び他の製造方法に
も適用することができる。
In the above embodiment, GaAs MESF is used.
Although the ET and the Schottky barrier diode have been described, the feature of the present invention resides in that the Schottky electrode formation region of the active layer of the semiconductor substrate or the vicinity thereof is formed before the Schottky electrode formation (after the formation in some cases). At least a part is subjected to plasma treatment. Therefore, the present invention is applicable to HEMT (High Electron Transfer Transistor), planar Schottky barrier diode, etc. in addition to GaAs MESFET and Schottky barrier diode.
It can be applied to general compound semiconductor devices utilizing a Schottky junction between a metal and a semiconductor. Also, GaAs
The case of the MESFET and the Schottky barrier diode is not limited to the structure and the manufacturing process of each of the above-described embodiments, and can be applied to a semiconductor device having another structure and another manufacturing method.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体素子の製造方法によれば、プラズマ処理を施すことに
より能動層とショットキー接合をなすショットキー電極
直下及びその近傍の能動層を改質することができる。こ
れは、能動層のショットキー電極直下及びその近傍のキ
ャリア密度の減少、表面準位密度の変化が起こり、半導
体素子の素子特性が改善されるためであると推測され
る。同時に、ゲート電極やドレイン電極の端部での電界
集中を緩和することができるためであると思われる。
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the active layer immediately below and adjacent to the Schottky electrode forming a Schottky junction with the active layer is modified by plasma treatment. Can be quality. It is presumed that this is because the carrier density immediately below and near the Schottky electrode in the active layer is reduced, and the surface level density is changed to improve the device characteristics of the semiconductor device. At the same time, it seems that the electric field concentration at the ends of the gate electrode and the drain electrode can be alleviated.

【0089】例えば、GaAsMESFET等の電界効
果型のトランジスタ素子においては、ゲート耐圧を向上
させ、またゲートのリーク電流を小さくすることができ
る。また、ショットキーバリアダイオード等のダイオー
ド素子においては、ダイオード素子の順方向特性や逆方
向特性を改善することができる。
For example, in a field effect type transistor element such as GaAs MESFET, the gate breakdown voltage can be improved and the gate leakage current can be reduced. Further, in a diode element such as a Schottky barrier diode, the forward characteristic and the reverse characteristic of the diode element can be improved.

【0090】上記プラズマ処理は、能動層形成後のショ
ットキー電極形成前(場合によってはショットキー電極
形成後も可能)に行えばよく、化合物半導体基板の能動
層とショットキー接合をなす半導体素子であれば、その
構造及び製造方法にかかわらず、幅広く適用することが
できる。
The plasma treatment may be performed after the active layer is formed and before the Schottky electrode is formed (or in some cases, after the Schottky electrode is formed), in a semiconductor device that forms a Schottky junction with the active layer of the compound semiconductor substrate. If so, it can be widely applied regardless of its structure and manufacturing method.

【0091】すなわち、複雑な工程、複雑な構造、特別
な装置、繁雑な制御を必要とせず、プラズマ処理という
簡単な方法により、耐圧性の優れた良好な特性の半導体
素子を製造することができ、したがって、製造コスト及
び材料コストを大幅に低減できる。
That is, it is possible to manufacture a semiconductor element having excellent pressure resistance and good characteristics by a simple method of plasma treatment without requiring complicated steps, complicated structures, special equipment, and complicated control. Therefore, the manufacturing cost and the material cost can be significantly reduced.

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

【図1】(a)〜(e)は本発明の一実施例によるGa
AsMESFETの製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
1A to 1E are Ga according to an embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows each process of the manufacturing method of AsMESFET.

【図2】(a)〜(d)は本発明の別な実施例によるG
aAsMESFETの製造方法の各工程を示す断面図で
ある。
2 (a) to 2 (d) are graphs of G according to another embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows each process of the manufacturing method of aAs MESFET.

【図3】上記実施例と従来例のゲート電流とゲート−ド
レイン間電圧との測定結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing measurement results of a gate current and a gate-drain voltage of the above-mentioned embodiment and the conventional example.

【図4】上記実施例と従来例のゲート電流とソース−ド
レイン間電圧との測定結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing measurement results of a gate current and a source-drain voltage of the above-mentioned embodiment and the conventional example.

【図5】上記実施例と従来例のドレインコンダクタンス
とソース−ドレイン間電圧との測定結果を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing measurement results of the drain conductance and the source-drain voltage of the above-described example and the conventional example.

【図6】本発明のさらに別な実施例によるGaAsME
SFETを示す断面図である。
FIG. 6 is a GaAsME according to yet another embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows SFET.

【図7】(a)〜(e)は本発明のさらに別な実施例に
よるショットキーバリアダイオードの製造方法の各工程
を示す断面図である。
7A to 7E are cross-sectional views showing respective steps of a method of manufacturing a Schottky barrier diode according to still another embodiment of the present invention.

【図8】上記実施例、従来例及び比較例によるショット
キーバリアダイオードの逆方向電流電圧特性を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing reverse current-voltage characteristics of Schottky barrier diodes according to the above-described example, conventional example, and comparative example.

【図9】本発明のさらに別な実施例によるショットキー
バリアダイオードの構造を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a structure of a Schottky barrier diode according to still another embodiment of the present invention.

【図10】本発明のさらに別な実施例によるショットキ
ーバリアダイオードの構造を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing the structure of a Schottky barrier diode according to still another embodiment of the present invention.

【図11】(a)〜(e)は本発明のさらに別な実施例
によるショットキーバリアダイオードの製造方法の各工
程を示す断面図である。
11A to 11E are cross-sectional views showing respective steps of a method of manufacturing a Schottky barrier diode according to still another embodiment of the present invention.

【図12】(a)〜(e)は本発明のさらに別な実施例
によるショットキーバリアダイオードの製造方法を示す
断面図である。
12A to 12E are sectional views showing a method of manufacturing a Schottky barrier diode according to still another embodiment of the present invention.

【図13】上記実施例及び従来例のショットキーバリア
ダイオードの順方向電流電圧特性を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing forward current-voltage characteristics of the Schottky barrier diodes of the above-mentioned embodiment and the conventional example.

【図14】上記実施例及び従来例のショットキーバリア
ダイオードの順方向電流電圧特性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing forward current-voltage characteristics of the Schottky barrier diode of the above-described example and the conventional example.

【図15】一般的な構造をした従来のGaAsMESF
ETの製造方法を示す断面図である。
FIG. 15: Conventional GaAs MESF with general structure
It is sectional drawing which shows the manufacturing method of ET.

【図16】LDD構造を有する従来のGaAsMESF
ETを示す断面図である。
FIG. 16: Conventional GaAs MESF with LDD structure
It is sectional drawing which shows ET.

【図17】耐圧を向上させた構造の従来例による半導体
素子の一例を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing an example of a conventional semiconductor device having a structure with an improved breakdown voltage.

【図18】GaAsMESFETの静特性と負荷線を示
す図である。
FIG. 18 is a diagram showing static characteristics and a load line of a GaAs MESFET.

【図19】(a)(b)(c)は従来のショットキーバ
リアダイオードの製造方法を示す断面図である。
19 (a), (b) and (c) are cross-sectional views showing a conventional method of manufacturing a Schottky barrier diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 能動層 2a 改質層 3 ソース電極 4 ドレイン電極 5 下層レジスト膜 6 上層レジスト膜 1 Semiconductor Substrate 2 Active Layer 2a Modified Layer 3 Source Electrode 4 Drain Electrode 5 Lower Layer Resist Film 6 Upper Layer Resist Film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/93 S ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/93 S

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化合物半導体基板上部に形成された能動
層とショットキー接合をなすショットキー電極を有する
半導体素子において、 前記能動層のショットキー電極が形成された領域及びそ
の近傍のうち少なくとも一部に、改質層が形成されてい
ることを特徴とする半導体素子。
1. A semiconductor device having a Schottky electrode forming a Schottky junction with an active layer formed on a compound semiconductor substrate, wherein at least a part of a region where the Schottky electrode of the active layer is formed and its vicinity are provided. A semiconductor device having a modified layer formed on the surface.
【請求項2】 前記改質層が高抵抗層であることを特徴
とする請求項1に記載の半導体素子。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the modified layer is a high resistance layer.
【請求項3】 前記改質層がプラズマ処理によるもので
あることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体素
子。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the modified layer is formed by plasma treatment.
【請求項4】 前記能動層のショットキー電極が形成さ
れた領域を含む領域に、改質層が形成されていることを
特徴とする請求項1,2又は3に記載の半導体素子。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a modified layer is formed in a region including a region of the active layer where the Schottky electrode is formed.
【請求項5】 前記能動層の上にショットキー電極と2
つのオーミック電極を形成された電界効果型のトランジ
スタ素子であることを特徴とする請求項1,2,3又は
4に記載の半導体素子。
5. A Schottky electrode and 2 on the active layer.
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a field effect transistor device having one ohmic electrode formed thereon.
【請求項6】 前記能動層の上にショットキー電極を形
成されたショットキーバリア型のダイオード素子におい
て、前記ショットキー電極の外周部の直下領域もしくは
外周部と隣接する領域に改質層が形成されていることを
特徴とする請求項1,2又は3に記載の半導体素子。
6. In a Schottky barrier type diode element having a Schottky electrode formed on the active layer, a modified layer is formed in a region immediately below the outer periphery of the Schottky electrode or in a region adjacent to the outer periphery. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項7】 前記能動層の上にショットキー電極を形
成されたショットキーバリア型のダイオード素子におい
て、前記ショットキー電極の直下領域もしくは当該直下
領域よりも小さな領域に改質層が形成されていることを
特徴とする請求項1,2又は3に記載の半導体素子。
7. A Schottky barrier type diode element having a Schottky electrode formed on the active layer, wherein a modified layer is formed in a region directly under the Schottky electrode or in a region smaller than the region directly under the Schottky electrode. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項8】 前記能動層の上にショットキー電極を形
成されたショットキーバリア型のダイオード素子におい
て、前記ショットキー電極の直下領域もしくは当該直下
領域よりも大きな領域に改質層が形成されていることを
特徴とする請求項1,2又は3に記載の半導体素子。
8. A Schottky barrier type diode device having a Schottky electrode formed on the active layer, wherein a modified layer is formed in a region directly under the Schottky electrode or in a region larger than the region directly under the Schottky electrode. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項9】 化合物半導体基板上部に能動層を形成
し、該能動層とショットキー接合をなすショットキー電
極を設けた半導体素子の製造方法において、 前記能動層のショットキー電極を形成しようとする領域
及びその近傍のうち少なくとも一部に、プラズマ処理を
施して改質した後、 当該改質層に接触または隣接させるようにしてショット
キー電極を前記能動層上に形成することを特徴とする半
導体素子の製造方法。
9. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an active layer on a compound semiconductor substrate; and providing a Schottky electrode forming a Schottky junction with the active layer, wherein the Schottky electrode of the active layer is formed. At least a part of the region and its vicinity are subjected to plasma treatment for modification, and then a Schottky electrode is formed on the active layer so as to be in contact with or adjacent to the modified layer. Device manufacturing method.
【請求項10】 前記能動層のショットキー電極が形成
される領域及びその近傍にプラズマ処理を施して能動層
に改質層を形成した後、 前記改質層上にショットキー電極を形成することを特徴
とする請求項9に記載の半導体素子の製造方法。
10. A plasma treatment is applied to a region of the active layer where the Schottky electrode is formed and its vicinity to form a modified layer on the active layer, and then a Schottky electrode is formed on the modified layer. 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein.
JP23839594A 1993-09-07 1994-09-05 Semiconductor element and its manufacture Pending JPH0897238A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23839594A JPH0897238A (en) 1993-09-07 1994-09-05 Semiconductor element and its manufacture

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5-222555 1993-09-07
JP22255593 1993-09-07
JP6-197888 1994-07-28
JP19788894 1994-07-28
JP23839594A JPH0897238A (en) 1993-09-07 1994-09-05 Semiconductor element and its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0897238A true JPH0897238A (en) 1996-04-12

Family

ID=27327432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23839594A Pending JPH0897238A (en) 1993-09-07 1994-09-05 Semiconductor element and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0897238A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003069049A (en) * 2001-08-23 2003-03-07 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor and manufacturing method thereof
US7122451B2 (en) 2002-02-28 2006-10-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating a semiconductor device including exposing a group III-V semiconductor to an ammonia plasma

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003069049A (en) * 2001-08-23 2003-03-07 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor and manufacturing method thereof
US7122451B2 (en) 2002-02-28 2006-10-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating a semiconductor device including exposing a group III-V semiconductor to an ammonia plasma
US7449399B2 (en) 2002-02-28 2008-11-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating a semiconductor device for reducing a surface potential

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11152499B2 (en) Nitride semiconductor device and method for manufacturing same
US7098490B2 (en) GaN DHFET
JP2006339561A (en) Field-effect transistor and its manufacturing method
JP2004179318A (en) Junction field effect transistor and method for manufacturing the same
US7122451B2 (en) Method for fabricating a semiconductor device including exposing a group III-V semiconductor to an ammonia plasma
WO2020107754A1 (en) Epitaxial layer structure for increasing threshold voltage of gan-enhanced mosfet and device fabrication method
EP1958264B1 (en) Metal semiconductor field effect transistors (mesfets) having channels of varying thicknesses and related methods
US5627090A (en) Semiconductor element and process for production for the same
US6429471B1 (en) Compound semiconductor field effect transistor and method for the fabrication thereof
US20040119092A1 (en) Semiconductor device
JP2006114795A (en) Semiconductor device
JP3058040B2 (en) Semiconductor device
JPH0897238A (en) Semiconductor element and its manufacture
US5539248A (en) Semiconductor device with improved insulating/passivating layer of indium gallium fluoride (InGaF)
JPH04199518A (en) Field-effect transistor and manufacture thereof
US20100127307A1 (en) Field effect transistor and method of manufacturing the same
JP3653652B2 (en) Semiconductor device
CN112201689B (en) Field effect transistor based on III-nitride heterojunction and preparation method thereof
JP2626213B2 (en) Field effect transistor
JP3018885B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR100303173B1 (en) Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor and method for manufacturing thereof
JP3055244B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH0837196A (en) Semiconductor device
JPH0397232A (en) Field-effect transistor
JPH11204544A (en) Compound semiconductor field-effect transistor and manufacture thereof