JPS59228783A - Manufacture of gaas semiconductor device - Google Patents

Manufacture of gaas semiconductor device

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JPS59228783A
JPS59228783A JP58104426A JP10442683A JPS59228783A JP S59228783 A JPS59228783 A JP S59228783A JP 58104426 A JP58104426 A JP 58104426A JP 10442683 A JP10442683 A JP 10442683A JP S59228783 A JPS59228783 A JP S59228783A
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JP
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active layer
gaas
ion implantation
semiconductor device
mask
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多良 勝司
Shunji Ogata
緒方 俊司
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01Manufacture or treatment

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To obtain a GaAs semiconductor device having preferably characteristics by forming an active layer capable of being formed directly with ohmic contact electrode and sufficiently performing the role as the active layer by one ion implantation. CONSTITUTION:After a dioxidized silicon SiO2 film is first formed as a mask layer to become a mask for ion implantation on a GaAs substrate, ion implanting hole is formed. Then, silicon ion Si<+> is implanted in the dosage of 3.5X 10<12>cm<-2> or higher through the hole, and then an annealing is performed for approx. 30min at approx. 800-820 deg.C to form an active layer. GaAs is much larger in electron mobility (mu) than Si. This mu is varied depending upon the dosage under the annealing condition, and is 4,000cm<2>/V.sec at the maximum. Accordingly, the role as the active layer can be effectively performed, and ohmic contacting electrode can be effectively attached by the active layer, which is performed by ion implantation by the formula between the dosage Q and the mu.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マスク合せの誤差ならびにエッチピット密度
の影響を排除してパターン精度の向上をはかり、歩留り
を高めることができる砒化ガリウム(GaAs)半導体
装置の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention is directed to a gallium arsenide (GaAs) semiconductor device that can improve pattern accuracy and increase yield by eliminating the effects of mask alignment errors and etch pit density. Relating to a manufacturing method.

従来例の構成とその問題点 GaAsは、半導体装置の主要材料となっているシリコ
ン(Si)にくらべて電子移動度が極めて高いこと、禁
止帯幅が広く、半絶縁性の材料となりうることなどの優
位性を備えており、高周波用半導体装置あるいはホール
素子などの出発制料として多用されるに至っている。
Conventional structure and its problems GaAs has extremely high electron mobility compared to silicon (Si), which is the main material of semiconductor devices, has a wide forbidden band width, and can be a semi-insulating material. Because of its superiority, it has come to be widely used as a starting material for high-frequency semiconductor devices and Hall elements.

ところで、GaAs基板を用いて半導体装置を製作する
場合、とのCraAs基板内に活性層を形成することが
不可欠であり、エピタキシャル成長による方法あるいは
不純物イオンの注入による方法のいずれかが採用される
が、半絶縁性であることを積極的に利用し、GaAs基
板そのもので活性層の分離を行なうようにしたイオン注
入方法が主に採用されている。
By the way, when manufacturing a semiconductor device using a GaAs substrate, it is essential to form an active layer in the CraAs substrate, and either a method using epitaxial growth or a method using impurity ion implantation is adopted. An ion implantation method that takes advantage of the GaAs substrate's semi-insulating properties and separates the active layer from the GaAs substrate itself is mainly used.

第1図は、かかるGaAs基板を出発材料として使用す
るとともに、イオン注入方法によって活性層の作り込み
かなされた従来のGaAsホー/L、素子の断面構造を
示す図であり、GaAs基板1の中に磁電変換領域とな
る低濃度でn型の活性層2がイオン注入により形成され
、さらに、この活性層の電極を形成するべき位置に、良
好なオーミック接触を得るためのn″型の領域2および
3が作り込まれ、これらの領域に電極6および6を取り
つけだ構造となっている。
FIG. 1 is a diagram showing the cross-sectional structure of a conventional GaAs H/L device using such a GaAs substrate as a starting material and in which an active layer is formed by an ion implantation method. A low-concentration n-type active layer 2, which becomes a magnetoelectric conversion region, is formed by ion implantation, and an n''-type region 2 is added at the position where an electrode is to be formed in this active layer to obtain good ohmic contact. and 3 are built in, and electrodes 6 and 6 are attached to these areas.

第2図は、GaAs基板を出発制料として用い、エピタ
キシャル成長方法と選択エツチングを組み合わせて形成
した従来のGaAsホール素子の断面構造を示す図であ
り、GaAs基板1の上にn型エピタキシャル層を成長
させ、これを選択的にエンチングして所定のパターンの
活性層22が形成され、さらに、この活性層22に電極
52と62をとりつけた構造となっている。
FIG. 2 is a diagram showing the cross-sectional structure of a conventional GaAs Hall element formed by combining an epitaxial growth method and selective etching using a GaAs substrate as a starting material. An n-type epitaxial layer is grown on the GaAs substrate 1. This is selectively etched to form an active layer 22 in a predetermined pattern, and furthermore, electrodes 52 and 62 are attached to this active layer 22.

第3図は、第1図および第2図で示したホール素子の要
部平面形状を示す図であり、活性層2(22)は十字形
の形状とされている。そして活性層には入力電極となる
電極7,8および出力電極となる電極5(52)、6(
62)がとりつけられている。このような構造とされた
GaAsホール素子では、入力電極7と8の間に入力電
圧が印加され、しかも、外部磁場が存在す、ると、出力
電極間にホール起電力が生じる。
FIG. 3 is a diagram showing the planar shape of the main part of the Hall element shown in FIGS. 1 and 2, and the active layer 2 (22) has a cross shape. In the active layer, electrodes 7 and 8 which become input electrodes and electrodes 5 (52) and 6 (which become output electrodes)
62) is attached. In the GaAs Hall element having such a structure, when an input voltage is applied between the input electrodes 7 and 8 and an external magnetic field is present, a Hall electromotive force is generated between the output electrodes.

ところで、第2図で示した構造のGaAsホール素子で
は、2回のイオン注入処理が施されている。
Incidentally, the GaAs Hall element having the structure shown in FIG. 2 has been subjected to two ion implantation processes.

このため、活性層2を形成するだめのイオン注入マスク
と、n+型領領域3よび4を形成するだめのイオン注入
マスクとのマスク合わせの誤差を完全になくすことは不
可能となる。こIのマスク合わせの誤差によりパターン
の対称性が損われるとともに、パターンの精度が低下す
る。ホール素子では、活性層のパターンの対称性がとり
わけ重要であり、これが損われたときには、外部磁場の
ない状況下でもホール起電力が発生し、これがホール素
子の誤動作の原因となる。
Therefore, it is impossible to completely eliminate errors in mask alignment between the ion implantation mask for forming the active layer 2 and the ion implantation mask for forming the n+ type regions 3 and 4. This error in mask alignment impairs the symmetry of the pattern and reduces the accuracy of the pattern. In a Hall element, the symmetry of the pattern of the active layer is particularly important, and if this is impaired, a Hall electromotive force is generated even in the absence of an external magnetic field, which causes the Hall element to malfunction.

一方、エピタキシャル成長を使用する方法では、成長さ
せたエピタキシャル層をパターンエツチングして活性層
を形成するが、エピタキシャル層のエッチビット密度の
影響でエツチングにむらが生じる問題があり、また、エ
ピタキシャル層の全域にわたってエッチピット密度を均
一にすることが困難であることから、同様にパターン精
度の問題ならびにパターンの非対称性の問題が生じ、外
部磁場のない状況下でのホール起電力の発生の問題があ
った。
On the other hand, in the method using epitaxial growth, the grown epitaxial layer is pattern-etched to form an active layer, but there is a problem that the etching becomes uneven due to the influence of the etch bit density of the epitaxial layer. Since it is difficult to make the etch pit density uniform over the entire area, there are also problems with pattern accuracy and pattern asymmetry, and there are problems with the generation of Hall electromotive force in the absence of an external magnetic field. .

なお、パターン精度の低下防止ならびにパターンの非対
称性の排除は、ホール素子において特に重要であるが、
活性層のパターンが微細である高周波用半導体装置にお
いても重要である。
It should be noted that prevention of pattern accuracy deterioration and elimination of pattern asymmetry are particularly important in Hall elements.
This is also important in high-frequency semiconductor devices in which the active layer has a fine pattern.

発明の目的 本発明は、GaAs半導体装置を製作するにあたり、活
性層をイオン注入方法で形成するも、高いパターン精度
と対称性が確保きれ、この結果、良好な特性のGaAs
半導体装置を得ることができる製造方法の提供を目的と
するものである。
Purpose of the Invention The present invention provides that when manufacturing a GaAs semiconductor device, high pattern accuracy and symmetry can be ensured even though the active layer is formed by an ion implantation method, and as a result, GaAs with good characteristics can be obtained.
The object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of obtaining a semiconductor device.

発明の構成 本発明にかかるGaAs半導体装置の製造方法は、絶縁
性もしくは半絶縁性のGaAs基板上に、イオン注入の
マスクとなるマスク層を形成し、さらに、同マスク層を
選択的に除去してイオン注入用の開孔を形成したのち、
ドーズ量をQ、GaAsの電子移動度をμとし、Q/μ
≧8x1097V 、secが成立するドーズ量で不純
物イオンを注入して活性層を形成するものである。この
製造方法によれば、形成された活性層に対して、直接オ
ーミック接触電極を付設することができるだめ、イオン
注入処理は1回でよいものとなる。しだがって、マスク
合わせの誤差の問題がH1除でき、高精度で対称性の保
たれた活性層パターンをもつG&AS半導体装置を製造
することが可能となる。
Structure of the Invention The method for manufacturing a GaAs semiconductor device according to the present invention includes forming a mask layer to serve as a mask for ion implantation on an insulating or semi-insulating GaAs substrate, and then selectively removing the mask layer. After forming an opening for ion implantation,
The dose is Q, the electron mobility of GaAs is μ, and Q/μ
The active layer is formed by implanting impurity ions at a dose that satisfies ≧8×1097 V, sec. According to this manufacturing method, since an ohmic contact electrode can be directly attached to the formed active layer, only one ion implantation process is required. Therefore, the problem of mask alignment errors can be reduced by H1, making it possible to manufacture a G&AS semiconductor device having a highly accurate and symmetrical active layer pattern.

実施例の説明 本発明のGaAs半導体装置の製造方法GaAsホール
素子の製造方法を例にして説明する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS A method for manufacturing a GaAs semiconductor device according to the present invention will be described by taking a method for manufacturing a GaAs Hall element as an example.

先ず、(raAs基板上にイオン注入のマスクとなるマ
スク層として二酸化シ1ノコン(SIO2)膜を形成し
たのち、第3図で示しだ十字形のイオン注入用の開孔を
形成する。次いで、この開化を通してシリコンイオン(
81″)を、3.6 X 1012cノn2以上のドー
ズ量で注入し、こののち、800〜820tの温度で約
30分間にわたりアニール処理を施し、活性層を形成し
た。このアニール条件はキャリアの回復か最大と々る条
件である。
First, a silicon dioxide (SIO2) film is formed on the raAs substrate as a mask layer for ion implantation, and then a cross-shaped opening for ion implantation is formed as shown in FIG. 3.Next, Through this enlightenment, silicon ions (
81'') was implanted at a dose of 3.6 x 1012cn2 or more, and then annealing was performed at a temperature of 800 to 820t for about 30 minutes to form an active layer.The annealing conditions were This is the condition for maximum recovery.

以上の処理を経て形成した活性層のシート抵抗は約1K
Q/10である。
The sheet resistance of the active layer formed through the above processing is approximately 1K.
It is Q/10.

ところで、活性層のシ〜1・抵抗は、これが低すぎると
導通性をもってしまい活性層本来の役割りを果さなく々
る。この値は厳密に定義しつるものテハ々いか、400
珈七よりも低くなるとこのような問題の生じる可能性が
強くなるだめ、400’Ω2七以上のシート抵抗を得る
ことがのぞましい。
By the way, if the resistance of the active layer is too low, the active layer becomes conductive and ceases to fulfill its original role. Is this value strictly defined? 400
It is desirable to obtain a sheet resistance of 400'Ω27 or more, since the possibility of such problems occurring increases when the resistance is lower than C7.

上記のアニール条件の下では、ドーズ量Qが8.5X 
1 O12Cm ”を越えるとシート抵抗が400Q/
/Dに謂たなくなることが実験的に確認された。
Under the above annealing conditions, the dose Q is 8.5X
1 O12Cm", the sheet resistance becomes 400Q/
/D was experimentally confirmed.

一方、活性層に良好なオーミック接触電極を形成できる
か否かは、活性層のシート抵抗によって決定され、この
値が1にΩ7勺を越えると良好なオーミック接触電極の
形成に支障をきたすことも実験的に確認された。
On the other hand, whether or not a good ohmic contact electrode can be formed in the active layer is determined by the sheet resistance of the active layer, and if this value exceeds 1 to 7 Ω, it may be difficult to form a good ohmic contact electrode. Confirmed experimentally.

なお、GaAsは、電子移動度μがSiのそれよりもは
るかに大きいことが物性面からみた特徴の1つである。
Note that one of the characteristics of GaAs from the viewpoint of physical properties is that the electron mobility μ is much larger than that of Si.

この電子移動度μは、上言己のアニール温度の下では、
ドーズ量によって変イヒし、1段大値は4000 ca
r/V 、東程度である。しだ妙玉って、活性層として
の役割りを確実にはたり−こと力&でき、しかも、確実
にオーミック接触電極を付設することができる活性層は
、ドーズ量Qと電子移動度μとの間に、 の関係を成立させるイオン注入処理で実現される。
This electron mobility μ is as follows under the above mentioned annealing temperature:
The amount varies depending on the dose, and the highest value is 4000 ca.
r/V, about east. The active layer, which can reliably play the role of an active layer and which can also be reliably attached with an ohmic contact electrode, has the following characteristics: the dose Q and the electron mobility μ. This is achieved by an ion implantation process that establishes the relationship between the two.

第4図は、本発明の効果確認の実験結果を示すグラフで
あり、GaAsホール素子をイオン注入方法を利用した
従来の方法と本発明の製造方法によって製造し、不平衡
率(二零磁場”でのホール起電)J/外部磁場を与えた
ときのホール起電ブJ)を打Ait!lltにとり、相
対ひん度を縦軸にとり示しだものである。図中、実線人
は従来方法によるもの、破線Bは本発明の製造方法によ
るもののグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the experimental results for confirming the effect of the present invention, in which GaAs Hall elements were manufactured by the conventional method using ion implantation method and the manufacturing method of the present invention. The Hall electromotive force J) when an external magnetic field is applied is taken as Ait!llt, and the relative frequency is plotted on the vertical axis.In the figure, the solid line indicates the conventional method. The broken line B is a graph obtained by the manufacturing method of the present invention.

図示するところから明らかなように、本発明の製造方法
によれば、不平衡率が小さいG a A sホール素子
が得られる。
As is clear from the drawings, according to the manufacturing method of the present invention, a GaAs Hall element with a small unbalance rate can be obtained.

発明の効果 本発明の製造方法は、直接オーミック接触電極を形成す
ることができ、しかも活性層としての役割りを十分に果
すことのできる活性層を1回のイオン注入処理で形成し
つるものであるだめ、高いパターン精度をもち、対称性
も確保された活性層をもつGaAs半導体装置を製造す
ることができる。
Effects of the Invention The manufacturing method of the present invention is capable of directly forming an ohmic contact electrode, and also forms an active layer capable of fully fulfilling its role as an active layer in a single ion implantation process. As a result, it is possible to manufacture a GaAs semiconductor device having an active layer with high pattern accuracy and ensuring symmetry.

なお、高精度のパターンで対称性の確保された活゛性層
の形成は、半導体装量の特性の均一化をもたらし、その
製造歩留りが向上する。また、イオン注入回数が1回と
なるだめ製造のだめの作業能率も向上する。
Note that the formation of an active layer with a highly accurate pattern that ensures symmetry brings about uniformity of the characteristics of the semiconductor device and improves its manufacturing yield. Further, the work efficiency of the pot manufacturing process is improved since the number of ion implantations is one time.

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

第1図は、イオン注入方法により活性層が形成された従
来のGaAsホール素子の断面ml構造図第2図は、エ
ピタキシャル成長方法とエツチング処理で活性層か形成
てれた従来のGaAsホール素子の断面構造図、第3図
は、第1図、第2図で示ずGaAsホール素子の要部の
平面図、第4図は、本発明の製造方法の効果確認のため
の実験結果を示すグラフである。 1、、=−GaAs基板、2 、22 =・=−活性層
、3゜4・・・・オーミック接触電極形成用の領域、5
゜52.6.62・・・・・電極(入力電極)、7,8
・・・出力電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第4
図 fキ衝卑(%) CC62ノ
Figure 1 is a cross-sectional ml structure diagram of a conventional GaAs Hall element whose active layer was formed by ion implantation. Figure 2 is a cross-sectional view of a conventional GaAs Hall element whose active layer was formed by epitaxial growth and etching. 3 is a plan view of a main part of a GaAs Hall element not shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a graph showing experimental results for confirming the effectiveness of the manufacturing method of the present invention. be. 1,, =-GaAs substrate, 2, 22 =...=-active layer, 3゜4...region for forming ohmic contact electrode, 5
゜52.6.62・・・Electrode (input electrode), 7,8
...Output electrode. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 4
Figure f Ki impact (%) CC62ノ

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  絶縁性もしくは半絶縁性のGILAS基板上
に、イオン注入のマスクとなるマスク層を形成し、ざら
に、同マスク層を選択的に除去してイオン注入用の開孔
を形成したのち、ドーズ量をQ。 GaAsの電子移動度をμとし、Q/μ≧8×109゛
/V、secが成立するドーズ量で不純物イオンを注入
して活性層を形成することを特徴とする(raAs半導
体装置の製造方法。
(1) A mask layer that serves as an ion implantation mask is formed on an insulating or semi-insulating GILAS substrate, and the mask layer is selectively removed to form openings for ion implantation. , the dose amount is Q. The active layer is formed by implanting impurity ions at a dose that satisfies Q/μ≧8×109゛/V, sec, where the electron mobility of GaAs is μ. .
(2)  G aA s半導体装置がホール素子である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のGaA
!9半導体装置の製造方法。
(2) The GaAs semiconductor device according to claim 1, wherein the GaAs semiconductor device is a Hall element.
! 9. Method for manufacturing semiconductor device.
JP58104426A 1983-06-10 1983-06-10 Manufacture of gaas semiconductor device Granted JPS59228783A (en)

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