JPS58206170A - 化合物半導体装置 - Google Patents

化合物半導体装置

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JPS58206170A
JPS58206170A JP57088867A JP8886782A JPS58206170A JP S58206170 A JPS58206170 A JP S58206170A JP 57088867 A JP57088867 A JP 57088867A JP 8886782 A JP8886782 A JP 8886782A JP S58206170 A JPS58206170 A JP S58206170A
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JP
Japan
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substrate
electrode
layer
opening
compound semiconductor
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Pending
Application number
JP57088867A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuji Oda
雄二 小田
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS58206170A publication Critical patent/JPS58206170A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明け1例えばガリウム砒素等を用いた化金物半導
体装置に係り、特に装置ft購成するだめの基体として
低抵抗化合物半導体を選択して成る化合物半導体装置に
関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
化金物半導体装置特にガリウム砒素電界効果トランジス
タGaAaFF!T叶、GaAs中の電子移動度がシリ
コンai中の移動度にくらべてはるかに大きく高速動作
が可能なため、マイクロ波帯での増幅素子として広く使
用されているっ又近年では基体である同一〇aA s基
板上Ki動素子としてのpg’rの他にキャパシタ、イ
ンダクタ等の受動素子を同時に形成したモノリシックマ
イクロ波集積回路MM’ECと称さする装置も開発され
ている。一般にこのようなGaAsFETあるいi”I
 GaAs M M I Cは、半絶縁性GaA s基
板を岬いて形成されてきたう例えばGaA sFgTi
:、(7aAs D阜さ250〜350 、ttm半絶
縁性基板上に数μmのバッフ7層をエピタキシャル層長
させた後、l;’ET(1)動作層となるn型エピタキ
シャル層を数100 am成長させたワエハを用いて製
造てれてい4又半絶縁性GaA s基板に直3Siやセ
レンde等のイオンを加速注入して、半絶縁性基板表面
に動作層を形成する直接イオン注入法も、最近さかんに
行なわれている。いづれの方法を用いるにせよ、基板表
面部にソース、ゲート、ドレイン等の電極が完成した後
に基板裏面を化学エツチング及いはラッピング等の手段
によりNJり取り、ウェハ厚を最終的[70〜150μ
mKする。こΩような山LASFB’l’はその最終構
造において述べるなら、厚さ70〜150μmの半絶縁
性基板、その表面に設けであるソース・ゲート・ドレイ
ン等の能動領域から成るものと表現する事ができる。こ
の事情はG3ム5MMICについてもほぼ同様であり、
単に半絶縁性基板の厚みがさらに厚いとか、基板表面に
キャパシタ等の受動素子が形成されているとかだけの相
違があるしか無い。
ところで電界効果トフンジスタの特性向上の為には、寄
生素子による影響を小さくする事が重要である事は良く
知られている。特に大きな接地インダクタンスの値は%
 FBTの電力利得の低下及び動作の不安定性の増大等
の悪影響を招く事になるので、接地インダクタンスを極
力小さくする事が望ましいっこの接地インダクタンス全
低減する為に5現在種々の方法が考案され又実施されて
いる。ナ1えばGaAs F E Tチップの側面にメ
タライズを施して、この側面を通じて接地するいわゆる
側面メタライズ接地法とか、GaAs半絶縁性基板の裏
面からソース電極に貫通する孔を形成し、この孔の1l
II栗をメタライズし、この側壁メクラ1ズ層により7
地するいわゆるピアホール(via−hole)法等で
あろう特に後者のピアホールを用いた接地法は、接地イ
ンダクタンスの低減という意味においては最もすぐれた
方法であるっ 第1図にピアホールを用いた従来のGaAs MM I
 Cの一断面図を示す。この図において(1)は半絶縁
性GaAs基板でその厚みは80〜200μmである。
(2)はこの半絶縁性基板の一部表面から81イオンを
注入して形成したn型動作層で、通常キャリア濃度は1
0”cマ程度で厚さは数百nmであろっ13)はソース
電極で多り前記n型動作層(2)と低抵抗のオーミック
接融?形成している。(4)はドレイン成極でソース疏
誕と同様にn型動作層(2)とオーミック接触を形成し
ている。(5)はゲート1極で、ソース電極あるいはド
レイン1極とは異なり、n型動作層とショットキ接合を
形成しているものである。この基板の他の一部表面には
屓次下部金属膜(6)、絶縁膜(力、上部金属膜(8)
が積層されてMIMのキャパシタが形成すれている。こ
のキャパシタの下部金属膜(6)はソースt 砥(31
と基板上に設けられ図示されていない配線により接続さ
れている。MIMキャパシタの絶縁膜(7)は1通常8
i0yあるいは8 Is N4から成っている。
又MIMキャパシタを構成する上部金属膜(8)は1例
えばドレイン! 、ffl +41からインダクタを構
成する基板表面に設けられた図示されていない配線を通
して接続される。(9)はソース電極下方でGaAs基
板を裏面からエツチングしてソース電雨に達するように
設けられた空洞で、一般にピアホールと呼ばれる孔であ
る。そしてこの孔の表面にはメタライズ層〔1〔が施さ
れており、従ってソース電極(3)は基板1前の接地面
ttUと電気的に妥続していることになる。
さてこのようなピアホール接地法では、ソース電極(3
)と接地面(111の接続は単に穴の側壁tlQIKよ
ってなされているので、その距離が非常VC=<aって
この部分のインダクタンスは非常に小さくできる。しか
し上述のピアホール接地法は、その製造方法に難点を有
し、さらにぞの製造法の遠点から招来される構造上の欠
点を多くとマめる。まず第一にピアホールの形成に当っ
てソース電極との位置合わせをウェハ裏面から行う必要
があるが、これは通常の装置では不可能であるため赤外
線による位置合わせを可能にする特殊装置をV・要とす
る。
第二に半絶縁性基板を貫通する孔を形成するにはQ@A
s基板を80〜150μmにエツチングする必要がある
が、ある程度エツチングが進行した後にエツチングが進
行しにくくなる場合がある。又エツチング(はサイドエ
ツチングが必らずともなわれるので孔の直径がどうして
も犬きくなり、従って100μ電以下の直径のピアホー
ルを形成することは非常に困難になるう従って素子の大
きさを犬にする。
このことは単にウェハの利用率が低下するだけでなく、
高周波特性7)低下をも招く7例えば高出方FETにお
いては、ビアネールのため(Cソース這iのサイズを大
きくせざる得ないが、このことてよリゾハイスの横方向
サイズか波長の1/’4 K < ラべて無視できなく
唸り、各ユニットトランジスタ間で1司位宅動作をしな
くなる等0間項が土じてくる。
このような半絶縁性基板を基体としたGaA、sウェハ
へのビア・ホール適用は、接地インダクタンスの低減と
いう目的においてはすぐれたものであるが、その製造方
法が雉か!−く又そのためにチップの小型比ができない
という欠点!c#うことKなる5次に半絶縁性基板を基
本とするときのGaAsMMICV(おける容量素子に
ついて述べるっ第1図jC示したよう)(この型のMM
ICiCThいては、比較的大容量のチャバシタを実現
するために、MIMキャパシタが(更、明されている。
しかしM I Mキャパシタ(′こ)ま短絡モードの不
良がしj′f L、ば発生し、〜1MIcの歩留低下(
r−招く。こっことは、下部金属膜(6)のニッヂ部分
全絶彎1莫17+か均−置去ゎないために、この部分で
上部雀萬僕(8)と下部金@倶16)が妥5触しiす。
接触しかかったジしているためであり、更(Cちるいは
金属膜と絶縁膜との密着力が弱・ハtめン(納本ま膜1
7)が金属膜(6)との界面からはがれるためである。
このだめ“にこの例ではどうしても厚い絶縁膜を必要と
し、従って所望の容量?得るためj/(は犬面漬のMI
Mキャパシタが必要となり、MMICの小型1ヒを妨げ
ている。
〔発明の目的〕
この発明はこのような半絶縁性基板を基本とする化合物
半導体装置の欠点を除き改良された化合物半導体装置を
提供する9である。
〔発明の概要〕
即ちこの発明は (1)低抵抗rヒ合物半導体基体表面上に高抵抗バッフ
ァ層を備え、この高抵抗バッファ9表面に電界効果トラ
ンジスタが形成されている化合物半導体装置において、
この電界効果トランジスタの一軍極が、前記□′寓抵抗
バッファ層シて設けられ基本面に達している開孔の壁面
にそって前記低抵抗半導本基本に接続されているrヒ合
物半導体装置、又は (2)  高抵抗バッファ層に設けられ基本面に達して
いる電極と兼用の又は独立の何れか開孔の壁面に沿い絶
縁層を介して分布する金属層から成る容量素子が併設さ
れている前記(1)項に記載の化合物半導体装置にある
このようなこの発明の化合物半導体装置は、基本に半絶
縁性基体を用すず5代って高濃度基本上に高抵抗バッフ
ァ層を設けて供してbる。又トランジスタの電極形状を
改めたことにより接地インダクタンスを小(小型化させ
た装置を実現させてbる。尚又この基本上に配置される
容量素子は収率良好く小型にされる利点を併せているう
〔発明の実施例〕 以下この発明の実施例について図面を用いて説明する。
第2図はこの例のMMICの断面図である。この図で(
121は基本となる高濃度fl型GaAs基板で、厚さ
は70〜150μWt程度である。(IJは高濃度02
人S基板上にエヒタキシャル成長した高抵抗のバッファ
層で。
その厚さは例えば5〜40μmであるっ(30けFET
のソース成極であり、バッファ;48113)に役けら
れ、+開孔−にそい高濃度基板(1′2に接続している
。1′2+、目)。
(5)はそれぞれFETの動作層、ドレイン11 ゲー
ト電極であり、第1図例と全く同様に考えて良い。
Qつは、この例では開孔α4)を用いずこの開孔u41
と同様に他の個所で穿設された開孔lにそっていて、金
属−絶縁膜一半導体構造のキャパシタを構成する絶縁膜
であり、S10.やS 13 N4といった*質から成
る。又この絶縁膜はGaAsの陽極酸化膜であっても良
いっ (8′)はMISキャバノタを構成する金属膜で
例えばドレイン電極(4)からインダクタを構成する基
板表面に設けられた図示されていない配1.llNを通
して接続される。基体及び金属膜厚はストリング線路イ
ンピーダンスの低下或いは損失増加?勘案して厚さを設
定すればよい。
さてこの例のfヒ合物半導本装X K >いて汀、S1
図例装置におけるピアホールて対応するものは。
比較的薄いバッファ層をλぐ開孔、1.1・である。こ
の開孔形成ば、  GaAsを5〜40μmエツチング
するだけで良いので、第1図のピアホール形成にくらべ
容易であり、又サイドエツチング量も少ないため、従来
のピアホールに比較してはるかに小さい寸法の開孔が形
成できする。従ってGaAsウェハの利用率も従来のピ
アホール採用装置にくらべ高くできる。
又この発明に見られるMISキャパシタは、従来のMM
ICKおけるM I Mキャパシタに比較して、短絡不
邸が著しく少なくなる。つまりMIMキャパシタでは、
前述の様に下部金属膜周辺での絶縁膜形状不良や、金属
膜上の絶縁膜の密着力不足にもとずbてはがれる等の不
良知より短絡不良が発生していたが、この実施例にみら
れるMI8キャパシタでは下部金属膜がないために段差
を生じないし、又GaAsと絶縁膜との密着性が良いの
で絶縁膜のはがれといった問題も発生しない。従って比
較的薄い絶縁膜を用いても短絡不良は発生し難い。この
ため小さい面積で十分に大きい容量のキャパシタを得る
事が可能となり、従来のMMICにおけるMIMIMキ
ヤパシタらべてキャパシタ占有面積を小さくできるので
ある。又従来のMMICでは、接地4琢との間にMIM
キャパシタ会形酸形成際、キャパシタを作ろうとする領
域Kまで接地電極に延在させなくてはならない。この為
に基板表面のかな9の部分が接地電Inより占領さルる
事に本なり、回路素子の配置を容易でなくしている。こ
れに対しこの発明によれば、基板表面からバッフ7層厚
だけエツチングするだけで任意の場所に接地電極を設け
る事がでさるために、各回路素子の配置をより自由にし
て回路設計が従来よりはるかく容易になる。
以上の実施例においてはGaAsを主体とする半導体装
置について述べたものであるが、InP等のrヒ合物半
導本にも適用できる。又実施例では、ショットキゲート
・トランジスタを用いているが、 PNN接合ゲートト
ランジスタついてもこの発明は有効であるつ又高抵抗バ
ッファ層の厚みはこO発明を適用する半導体装置及びバ
ッファ層の質てよるのであって実施例の値に制限される
ものでは患い。
〔発明の効果〕
以上述べたようにこの発明によれば%接地インダクタ/
スが非常に小さく、かつ第1図例のピアホール購造に見
られたような製造上の問題ff!¥−わず、より小型O
化会吻半導本Fi4Tを提供出来る。
又MMICにおいては上記利点1・こ加えて、MIMキ
ャパシタを用いずに接1基板との間にMI8キャパシタ
を配置出来、頻発したキャパ7タ短絡不良yc=るMM
ICの歩留低下を防ぐ利点金儲える。又このM■8キャ
パ7タシて用いる絶縁膜は、MiMのそれにくらべて薄
くすることが出来るので、キャパシタを小型化できる。
さらにこのMISキャパシタは基板表面のバッファ層を
エツチングするだけでいかなる場所にでも形成可能であ
るから、従来のMMICにくらべて各回路素子の配置設
計を容易にするっ
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体装置断面図、第2図はこの発明に
よる半導体装置の断面図であろう各図で (1)−一半絶縁性GaAs基板 f2J ・fl型G
aA s動作層t31 、(3’) =−ソース1極 
  迂シ・・・高濃度n型GaA4板第1図 、3  q  と 3 ム 3  γ ムく I 第2図 ) )

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  低抵抗比合物半導体基体表面上に高抵抗バッ
    フ1層を備え、この高抵抗パンファ層表面KIE界効果
    トランジスタが形成されている化合物半4本装置におい
    て、この電界効果トランジスタの一蹴7潅が、前記高抵
    抗バッフ1層に設けられ基体面に達している開孔の壁面
    にそって前記低抵抗半導体基本に接続されている事を特
    徴とする化金物半導体装置。
  2. (2)  高抵抗バッフ7層に設けられ基本面に達して
    いる1極と兼用の又は独立の何れか開孔の壁面に沿い絶
    縁層を介して分布する金@層から成る容盪素子が併設さ
    れている事を特徴とする特許請求の範囲第:1)項に記
    載の化金物半導体装置っ
JP57088867A 1982-05-27 1982-05-27 化合物半導体装置 Pending JPS58206170A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61187371A (ja) * 1985-02-15 1986-08-21 Hitachi Ltd 半導体装置及びその製造方法
JPS62291976A (ja) * 1986-06-12 1987-12-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高周波半導体装置
JPS6414949A (en) * 1987-07-08 1989-01-19 Nec Corp Semiconductor device and manufacture of the same
JPH0439968A (ja) * 1990-06-05 1992-02-10 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置

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