JPS63129656A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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- JPS63129656A JPS63129656A JP27695286A JP27695286A JPS63129656A JP S63129656 A JPS63129656 A JP S63129656A JP 27695286 A JP27695286 A JP 27695286A JP 27695286 A JP27695286 A JP 27695286A JP S63129656 A JPS63129656 A JP S63129656A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0605—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits made of compound material, e.g. AIIIBV
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
この発明は、半導体集積回路装置において、その動作温
度検知手段としてショットキバリアダイオード素子を設
け、該ショットキバリアダイオード素子の電圧−電流特
性を検出することにより、 優れた精度の動作温度検知手段を、極めて容易に集積回
路内に実現するものである。
度検知手段としてショットキバリアダイオード素子を設
け、該ショットキバリアダイオード素子の電圧−電流特
性を検出することにより、 優れた精度の動作温度検知手段を、極めて容易に集積回
路内に実現するものである。
本発明は、半導体集積回路装置の動作温度検出手段の改
善に関する。
善に関する。
例えば高速デバイスとして強い期待が寄せられている高
電子移動度電界効果トランジスタ（ＩＩＥＭＴ）、ホッ
トエレクトロントランジスタ（ＨＥＴ）等は窒素の沸点
１１に程度以下の低温でその高性能を発揮し、その動作
温度を予め設定した値に保つことが必要であるが、これ
らの半導体装置の集積度の向上に伴ってその動作領域と
冷却面との間の温度差が問題となりつつある。
電子移動度電界効果トランジスタ（ＩＩＥＭＴ）、ホッ
トエレクトロントランジスタ（ＨＥＴ）等は窒素の沸点
１１に程度以下の低温でその高性能を発揮し、その動作
温度を予め設定した値に保つことが必要であるが、これ
らの半導体装置の集積度の向上に伴ってその動作領域と
冷却面との間の温度差が問題となりつつある。
〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕例えば
ｌ（ＥＭＴは空間分離ドーピングと電子の界面量子化に
よってキャリア移動度の増大を実現しているが、ＨＥＭ
Ｔ素子の一従来例の模式側断面図を第３図に示す。
ｌ（ＥＭＴは空間分離ドーピングと電子の界面量子化に
よってキャリア移動度の増大を実現しているが、ＨＥＭ
Ｔ素子の一従来例の模式側断面図を第３図に示す。
すなわちこの従来例では、半絶縁性砒化ガリウム（Ｇａ
Ａｓ）基板２１上に、ノンドープのｉ型ＧａＡｓ層２２
、これより電子親和力が小さいｎ型砒化アルミニウムガ
リウム（Ａ Ｉ 、（Ｇａ 、 −ｘＡｓ）層２３、ｎ
型ＧａＡｓＪ１２４が設けられ、このｎ型へｌＧａＡｓ
電子供給層２３からｉ形ＧａＡｓ層２２へ遷移した電子
によってヘテロ接合界面近傍に２次元電子ガス２２ｅが
形成される。
Ａｓ）基板２１上に、ノンドープのｉ型ＧａＡｓ層２２
、これより電子親和力が小さいｎ型砒化アルミニウムガ
リウム（Ａ Ｉ 、（Ｇａ 、 −ｘＡｓ）層２３、ｎ
型ＧａＡｓＪ１２４が設けられ、このｎ型へｌＧａＡｓ
電子供給層２３からｉ形ＧａＡｓ層２２へ遷移した電子
によってヘテロ接合界面近傍に２次元電子ガス２２ｅが
形成される。
この半導体基体上にソース、ドレイン電極２５とゲート
電極２６を設け、ゲート電極２６によるショットキ空乏
層で２次元電子ガス２２ｅの面密度Ｎｓを制御してトラ
ンジスタ動作が行われるが、２次元電子ガス２２ｅは不
純物散乱による移動度低下が殆どなく、格子散乱が減少
する例えば７７に程度以下の低温において最も高い移動
度が得られる。
電極２６を設け、ゲート電極２６によるショットキ空乏
層で２次元電子ガス２２ｅの面密度Ｎｓを制御してトラ
ンジスタ動作が行われるが、２次元電子ガス２２ｅは不
純物散乱による移動度低下が殆どなく、格子散乱が減少
する例えば７７に程度以下の低温において最も高い移動
度が得られる。
この様なＨＥ？’ｌＴ素子で集積回路を構成し、冷却効
果を考慮した容器として例えば第４図に示す様に、半導
体基板２１の裏面で例えば銅（ｃｕ）のヒートシンク３
１を介して高熱伝導度のセラミックス板３２にマウント
する構造の容器に収容し、液体窒素などの寒村で容器を
冷却して動作させる。
果を考慮した容器として例えば第４図に示す様に、半導
体基板２１の裏面で例えば銅（ｃｕ）のヒートシンク３
１を介して高熱伝導度のセラミックス板３２にマウント
する構造の容器に収容し、液体窒素などの寒村で容器を
冷却して動作させる。
冷却効果を考慮した半導体装置の容器は通常上記例に類
似した構造で、熱を発生する動作領域から寒村に接触す
る容器表面に到る熱伝導路に半導体基板が介在する。然
るに半導体基板の熱伝導率は例えばＧａＡｓが約０．５
Ｗ／ｃｍ、ｄｅｇであるなどその値が小さいために、基
板の表裏２面間で例えば２０〜３０度程度以上の温度差
を生ずる。
似した構造で、熱を発生する動作領域から寒村に接触す
る容器表面に到る熱伝導路に半導体基板が介在する。然
るに半導体基板の熱伝導率は例えばＧａＡｓが約０．５
Ｗ／ｃｍ、ｄｅｇであるなどその値が小さいために、基
板の表裏２面間で例えば２０〜３０度程度以上の温度差
を生ずる。
集積度が増大して基板単位面積当たりの発熱量が増加す
るに伴ってこの温度差が拡大し、予め設定した動作温度
と実際の動作温度との差によって例えば闇値電圧等の特
性に差が現れ、集積回路の動作が意図した通りに行われ
ないなどの問題を招き易く、動作温度の正確な検知、制
御が要求される。
るに伴ってこの温度差が拡大し、予め設定した動作温度
と実際の動作温度との差によって例えば闇値電圧等の特
性に差が現れ、集積回路の動作が意図した通りに行われ
ないなどの問題を招き易く、動作温度の正確な検知、制
御が要求される。
この様な半導体素子形成面の温度は実験室的には例えば
熱電対或いは抵抗体等で測定するが、熱電対或いは適切
な抵抗体を集積回路装置のトランジスタ素子近傍に組み
込むことは困難であり、集積回路装置に適する温度検知
手段が要望されている。
熱電対或いは抵抗体等で測定するが、熱電対或いは適切
な抵抗体を集積回路装置のトランジスタ素子近傍に組み
込むことは困難であり、集積回路装置に適する温度検知
手段が要望されている。
前記問題点は、半導体基板上にトランジスタ素子とショ
ットキバリアダイオード素子とを備えて、該ショットキ
バリアダイオード素子の電圧−電流特性により該半導体
基板の該トランジスタ素子形成面の温度が検知される本
発明による半導体集積回路装置により解決される。
ットキバリアダイオード素子とを備えて、該ショットキ
バリアダイオード素子の電圧−電流特性により該半導体
基板の該トランジスタ素子形成面の温度が検知される本
発明による半導体集積回路装置により解決される。
ショットキバリアダイオードの順方向電流■−電電圧時
特性第２図に例示する如く、順方向電流■を対数目盛、
電圧Ｖを等分目盛として良好な直線性を示し、温度Ｔは
その勾配により、ｅ θ■ で表される。ただしｅは電子の電荷、ｋはボルツマン定
数であり、またｎはショットキバリアの完全性を示す１
より大きい定数で、良質のバリアが形成されているほど
１に近（温度依存性が小さい。
特性第２図に例示する如く、順方向電流■を対数目盛、
電圧Ｖを等分目盛として良好な直線性を示し、温度Ｔは
その勾配により、ｅ θ■ で表される。ただしｅは電子の電荷、ｋはボルツマン定
数であり、またｎはショットキバリアの完全性を示す１
より大きい定数で、良質のバリアが形成されているほど
１に近（温度依存性が小さい。
なおＩｎ（１）は電流■の対数を表す。
この特性により通常２点の電圧値Ｖ、順方向電流値■に
よって温度Ｔを良好な精度で検知し、トランジスタ素子
等の動作温度を制御することが可能となる。
よって温度Ｔを良好な精度で検知し、トランジスタ素子
等の動作温度を制御することが可能となる。
ショットキバリアダイオードは、例えばＨＥＴＩＴ等の
ショットキバリア形ゲートを備える電界効果トランジス
タ素子の製造プロセス中に形成することができ、またＨ
ＥＴ等のバイポーラトランジスタ素子を用いる場合にも
その近傍に容易に配設することが可能で、集積回路装置
の動作領域の温度検知素子として最も適している。
ショットキバリア形ゲートを備える電界効果トランジス
タ素子の製造プロセス中に形成することができ、またＨ
ＥＴ等のバイポーラトランジスタ素子を用いる場合にも
その近傍に容易に配設することが可能で、集積回路装置
の動作領域の温度検知素子として最も適している。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第１図は本発明の実施例のチップの工程順模式側断面図
であり、１０はショットキバリアダイオード素子、２０
はＨＥ Ｍ Ｔ素子である。
であり、１０はショットキバリアダイオード素子、２０
はＨＥ Ｍ Ｔ素子である。
第１図（ａ）参照二 半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、下
記の各半導体層を順次エピタキシャル成長する。
記の各半導体層を順次エピタキシャル成長する。
２は厚さ例えば１−程度でノンドープのＧａＡｓ１？Ｊ
、３はＳｉを濃度１ ×１ＱｌｌｌｃｆｆＩ−３程度に
ドーピングし厚さ例えば４０ｎｍ程度のｎ型Ａ１．、３
Ｇａｏ、、へＳ層、４はこの層３と同程度にＳｉをドー
ピングした厚さ例えば８０ｎｍ程度のｎ型ＧａＡｓ層で
ある。この半導体基体のＧａＡｓ層２のＡｌＧａＡｓ層
３とのへテロ接合界面近傍に２次元電子ガス２ｅが形成
される。
、３はＳｉを濃度１ ×１ＱｌｌｌｃｆｆＩ−３程度に
ドーピングし厚さ例えば４０ｎｍ程度のｎ型Ａ１．、３
Ｇａｏ、、へＳ層、４はこの層３と同程度にＳｉをドー
ピングした厚さ例えば８０ｎｍ程度のｎ型ＧａＡｓ層で
ある。この半導体基体のＧａＡｓ層２のＡｌＧａＡｓ層
３とのへテロ接合界面近傍に２次元電子ガス２ｅが形成
される。
この半導体基体に素子間分離領域５を、例えば酸素イオ
ン（０゛）注入法によって形成する。
ン（０゛）注入法によって形成する。
第１図（ｂ）参照： ショットキバリアダイオード素子
のオーミックコンタクト電極１５とＨＥＭＴ素子のソー
ス、ドレイン電極２５とを、ｎ型ＧａＡｓＪｉｉ４上に
例えば金ゲルマニウム／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を用いて
配設し、熱処理を行って２次元電子ガス２ｅに達する合
金化領域１５Ａ、２５Ａをそれぞれ形成する。
のオーミックコンタクト電極１５とＨＥＭＴ素子のソー
ス、ドレイン電極２５とを、ｎ型ＧａＡｓＪｉｉ４上に
例えば金ゲルマニウム／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を用いて
配設し、熱処理を行って２次元電子ガス２ｅに達する合
金化領域１５Ａ、２５Ａをそれぞれ形成する。
第１図（Ｃ）参照＝ ｎ型ＧａＡｓ層４を選択的にエ
ツチングしｔｎ型Ａｌｏ、 ３Ｇａｏ、 ？ＡＳ層３を
表出し、ショットキバリアダイオード素子のショットキ
電極１６とＨＥＭＴ素子のゲート電極２６とを、例えば
アルミニウム（ＡＩ）を用いて配設する。なお本実施例
では、ショットキ電極１６の面積を例えば１０ｎＸ５μ
ｍとしている。
ツチングしｔｎ型Ａｌｏ、 ３Ｇａｏ、 ？ＡＳ層３を
表出し、ショットキバリアダイオード素子のショットキ
電極１６とＨＥＭＴ素子のゲート電極２６とを、例えば
アルミニウム（ＡＩ）を用いて配設する。なお本実施例
では、ショットキ電極１６の面積を例えば１０ｎＸ５μ
ｍとしている。
上記プロセスにより、ショットキ電極１６：ｎ型へ１０
．３Ｇａｏ、 ｔＡｓ層３ ： ２次元電子ガス２ｅ＝
合金化領域１５Ａ＝オーミックコンタクト電極１５から
なるショットキバリアダイオード素子１０と、前記従来
例と同様なＨＥＦＩＴ素子２０とが形成される。
．３Ｇａｏ、 ｔＡｓ層３ ： ２次元電子ガス２ｅ＝
合金化領域１５Ａ＝オーミックコンタクト電極１５から
なるショットキバリアダイオード素子１０と、前記従来
例と同様なＨＥＦＩＴ素子２０とが形成される。
上述のチップを例えば第４図に例示した構造の容器に収
容し、セラミックス板３２側から例えば液体窒素で冷却
しつつ動作させるが、前記式の演算を含む温度制御回路
によって液体窒素の流量を制御してＨＥＦＩＴ素子の動
作温度を設計値に一致させる。
容し、セラミックス板３２側から例えば液体窒素で冷却
しつつ動作させるが、前記式の演算を含む温度制御回路
によって液体窒素の流量を制御してＨＥＦＩＴ素子の動
作温度を設計値に一致させる。
なお前記実施例でショットキバリアダイオードをＡｌＧ
ａＡｓ層で形成しているのは、ＡｌＧａＡｓはＧａＡｓ
よりバリア高さが大きく前記定数ｎの温度依存性が小さ
くて温度検知の精度が優ることによるが、半導体基体の
構成等の都合によりＧａＡｓ１Ｊを用いてショットキバ
リアダイオードを形成してもよい。この場合に、ＧａＡ
ｓのＳｉドープ濃度を例えば２Ｘ１０”ｃｍ−”程度と
低くすれば、定数ｎの温度依存性が小さくなり温度検知
精度が良くなる。
ａＡｓ層で形成しているのは、ＡｌＧａＡｓはＧａＡｓ
よりバリア高さが大きく前記定数ｎの温度依存性が小さ
くて温度検知の精度が優ることによるが、半導体基体の
構成等の都合によりＧａＡｓ１Ｊを用いてショットキバ
リアダイオードを形成してもよい。この場合に、ＧａＡ
ｓのＳｉドープ濃度を例えば２Ｘ１０”ｃｍ−”程度と
低くすれば、定数ｎの温度依存性が小さくなり温度検知
精度が良くなる。
更に本実施例のトランジスタ素子はＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓ系ＨＥＭＴであるが、例えばＩＩＥＴなどのトラン
ジスタ素子を用いる場合、或いはＧａＡｓ ／ Ａ ｌ
ＧａＡｓ系以外の半導体材料を用いる場合にも本発明を
同様に適用することができる。
Ａｓ系ＨＥＭＴであるが、例えばＩＩＥＴなどのトラン
ジスタ素子を用いる場合、或いはＧａＡｓ ／ Ａ ｌ
ＧａＡｓ系以外の半導体材料を用いる場合にも本発明を
同様に適用することができる。
以上説明した如く本発明によれば、半導体集積回路装置
の動作領域の温度を優れた精度で検知、制御することが
可能となり、かつ検知手段を集積回路領域内に形成する
ことが極めて容易であって、半導体集積回路装置の性能
向上に大きい効果が得られる。
の動作領域の温度を優れた精度で検知、制御することが
可能となり、かつ検知手段を集積回路領域内に形成する
ことが極めて容易であって、半導体集積回路装置の性能
向上に大きい効果が得られる。
第１図は本発明の実施例の工程順模式側断面図、第２図
はショットキバリアダイオードの順方向電流−電圧特性
の例を示す図、 第３図はＨＥＭＴ素子の模式側断面図、第４図は容器の
要部模式図である。 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はンンドーブのＧａＡｓ層、 ２ｅは２次元電子ガス、 ３はｎ型ＡｌＧａＡｓ層、 ４はｎ型ＧａＡｓ層、 ５は素子間分離領域、 １５はショットキバリアダイオード素子のオーミックコ
ンタクト電極、 １５Ａはその合金化領域、 １６はショットキバリアダイオード素子のショットキ電
極 ２５はＨＥＭＴ素子のソース、ドレイン電極、２５Ａは
その合金化領域、 ２６はＨＥＭＴ素子のゲート電極を示す。 ドー２θ−一← トー／θ−Ｈ 羊 １ 因 ６１ン 電圧Ｖ （Ｖ） シフ、７トギバ１ノアダイす−ドのｐｌ要方βドぎ流−
電圧特７はの例 ＄ ２ 図
はショットキバリアダイオードの順方向電流−電圧特性
の例を示す図、 第３図はＨＥＭＴ素子の模式側断面図、第４図は容器の
要部模式図である。 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はンンドーブのＧａＡｓ層、 ２ｅは２次元電子ガス、 ３はｎ型ＡｌＧａＡｓ層、 ４はｎ型ＧａＡｓ層、 ５は素子間分離領域、 １５はショットキバリアダイオード素子のオーミックコ
ンタクト電極、 １５Ａはその合金化領域、 １６はショットキバリアダイオード素子のショットキ電
極 ２５はＨＥＭＴ素子のソース、ドレイン電極、２５Ａは
その合金化領域、 ２６はＨＥＭＴ素子のゲート電極を示す。 ドー２θ−一← トー／θ−Ｈ 羊 １ 因 ６１ン 電圧Ｖ （Ｖ） シフ、７トギバ１ノアダイす−ドのｐｌ要方βドぎ流−
電圧特７はの例 ＄ ２ 図
Claims (1)
- 半導体基板上にトランジスタ素子とショットキバリア
ダイオード素子とを備えて、該ショットキバリアダイオ
ード素子の電圧−電流特性により該半導体基板の該トラ
ンジスタ素子形成面の温度が検知されることを特徴とす
る半導体集積回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27695286A JPS63129656A (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 半導体集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27695286A JPS63129656A (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 半導体集積回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63129656A true JPS63129656A (ja) | 1988-06-02 |
Family
ID=17576699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27695286A Pending JPS63129656A (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | 半導体集積回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63129656A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5166768A (en) * | 1989-12-25 | 1992-11-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor integrated circuit device with an element isolating region |
| EP0576025A2 (en) * | 1992-06-25 | 1993-12-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor device and production method thereof |
| US5405797A (en) * | 1992-06-15 | 1995-04-11 | Daimler-Benz Ag | Method of producing a monolithically integrated millimeter wave circuit |
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- 1986-11-20 JP JP27695286A patent/JPS63129656A/ja active Pending
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