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JPH0210746A - Semiconductor integrated circuit device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device and its manufacture

Info

Publication number
JPH0210746A
JPH0210746A JP63161511A JP16151188A JPH0210746A JP H0210746 A JPH0210746 A JP H0210746A JP 63161511 A JP63161511 A JP 63161511A JP 16151188 A JP16151188 A JP 16151188A JP H0210746 A JPH0210746 A JP H0210746A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
semiconductor
impurity density
control electrode
undoped
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
JP63161511A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hikari Toida
樋田 光
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP63161511A priority Critical patent/JPH0210746A/en
Priority to EP89111778A priority patent/EP0348944B1/en
Priority to DE68928395T priority patent/DE68928395T2/en
Publication of JPH0210746A publication Critical patent/JPH0210746A/en
Priority to US07/608,039 priority patent/US5043776A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To elevate the operation noise allowance of a circuit by forming first, second and third semiconductor layers on a substrate, and forming the first and the second semiconductor devices on the second and the third semiconductor layers after selectively removing a part of the third semiconductor layer. CONSTITUTION:A first N-type semiconductor layer 2 of high impurity density having the electron affinity greater than a second semiconductor layer 3, the second semiconductor layer 3 of low impurity density, and a third semiconductor layer 4 of low impurity density are made to crystal-grow in order on a semiinsulating substrate 9, and the third semiconductor layer 4 of a part of the crystals is selectively removed, and a control electrode 6 and plural ohmic electrodes 5 connected electrically with the first semiconductor layer 2 are provided on the second semiconductor layer 3 at the removed part so as to form the first semiconductor device. Also, a control electrode 7 and plural ohmic electrodes 5 connected electrically with the first semiconductor layer 2 are provided on the third semiconductor layer 4 except the removed part so as to form the second semiconductor device. By this constitution, the apparent Schottky barrier becomes high, and the operation noise allowance of an integrated circuit is elevated.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は超高速及び低消費電力の半導体集積装置及びそ
の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an ultra-high speed and low power consumption semiconductor integrated device and a method for manufacturing the same.

(従来の技術) 近年、高速化の観点から、GaAsなとの化合物半導体
を用いた集積回路の研究開発が精力的に行なわれている
。一般に、エンハンスメント・モードのFET(E−F
ET)とデイプリージョン・モードのFET(D−FE
T)から構成される、いわゆるE/D構成のDCFL(
Direct Coupled FET Logic)
は、低消費電力で高集積化に適しており、しかも高速で
あることが知られている。実際、GaAsMESFET
を用いて、このDCFL回路を実現しようと技術開発が
活発に行なわれている。しかしながら、従来の GaAsMESFETは、ショットキー障壁の高さが約
0.75Vと比較的低いことから、実際には回路の動作
雑音余裕度が十分にとれない問題があった。また、一般
に、E−FET及びD−FETの形成にイオン注入法を
用いるため、しきい値電圧のバラツキが大きく、同様に
回路の動作雑音余裕度が十分にとれない問題があった。
(Prior Art) In recent years, from the viewpoint of speeding up, research and development of integrated circuits using compound semiconductors such as GaAs have been actively conducted. In general, enhancement mode FETs (E-F
ET) and depletion mode FET (D-FE
A so-called E/D configuration DCFL (
Direct Coupled FET Logic)
It is known that it has low power consumption, is suitable for high integration, and is fast. In fact, GaAs MESFET
Technological developments are actively being carried out to realize this DCFL circuit using . However, since the conventional GaAs MESFET has a relatively low Schottky barrier height of approximately 0.75V, there is a problem in that the circuit cannot actually have sufficient operating noise margin. Furthermore, since ion implantation is generally used to form E-FETs and D-FETs, there are large variations in threshold voltage, and there is also the problem that the circuit does not have sufficient operating noise margin.

(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は、このような問題を解決し、十分に大き
な回路の動作雑音余裕度を有する超高速・低消費電力の
半導体集積装置及びその製造方法を提供することにある
(Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to solve such problems and provide an ultra-high speed, low power consumption semiconductor integrated device having a sufficiently large circuit operating noise margin, and a method for manufacturing the same. It's about doing.

(問題を解決するための手段〉 本発明は、高不純物密度の第1の半導体層上に設けられ
た低不純物密度の第2の半導体層を有し、かつ第1の半
導体層はN型で第2の半導体層より大きい電子親和力を
有し、前記第2の半導体層上に設けられた制御電極と、
この制御電極を挟んだ両側に前記第1の半導体層と電気
的に接続された少なくとも2個のオーミック電極とを備
えた第1の半導体装置と、前記第1の半導体層上の前記
第2の半導体層上に設けられた低不純物密度の第3の半
導体層を有し、前記第3の半導体層上に設けられた制御
電極と、この制御電極を挟んだ両側に前記第1の半導体
層と電気的に接続された少なくとも2個のオーミック電
極とを備えた第2の半導体装置とを同一基板上に設けた
ことを特徴とする半導体集積装置を提供するものである
(Means for solving the problem) The present invention has a second semiconductor layer with a low impurity density provided on a first semiconductor layer with a high impurity density, and the first semiconductor layer is of N type. a control electrode having a larger electron affinity than the second semiconductor layer and provided on the second semiconductor layer;
a first semiconductor device comprising at least two ohmic electrodes electrically connected to the first semiconductor layer on both sides of the control electrode; A third semiconductor layer with a low impurity density provided on the semiconductor layer, a control electrode provided on the third semiconductor layer, and the first semiconductor layer on both sides of the control electrode. The present invention provides a semiconductor integrated device characterized in that a second semiconductor device including at least two electrically connected ohmic electrodes is provided on the same substrate.

また、第1の半導体層を、第2の半導体層の電子親和力
とエネルギーギャップの和より小さい電子親和力とエネ
ルギーギャップの和を有するP型の半導体とすれば、正
孔をキャリアとする半導体集積装置が得られる。
Furthermore, if the first semiconductor layer is a P-type semiconductor having a sum of electron affinity and energy gap smaller than the sum of electron affinity and energy gap of the second semiconductor layer, a semiconductor integrated device using holes as carriers can be used. is obtained.

上記、半導体集積装置において、低不純物密度の第3の
半導体層の一部を第1の半導体層と同じ導電型とすれば
、素子の特性が後述するように向上する。
In the semiconductor integrated device described above, if part of the third semiconductor layer with a low impurity density is made of the same conductivity type as the first semiconductor layer, the characteristics of the device are improved as described later.

以上の半導体装置を製造するには、基板上に、第1の半
導体層と第2の半導体層と第3の半導体層を順次結晶成
長する工程と、前記結晶の一部の第3の半導体層を選択
的に除去する工程と、前記除去部の第2の半導体層上に
第1の半導体装置を形成し、前記除去部以外の第3の半
導体層上に第2の半導体装置を形成する工程を行えば良
い。
In order to manufacture the above semiconductor device, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer are sequentially crystal-grown on a substrate, and a third semiconductor layer of a part of the crystal is grown. and forming a first semiconductor device on a second semiconductor layer in the removed portion, and forming a second semiconductor device on a third semiconductor layer other than the removed portion. All you have to do is

(作用) 本発明の半導体集積装置における基本的半導体素子は、
本発明者らが出願した特願昭61−052873号及び
特願昭61−092639号に示されているように、制
御電極とチャネルの間にペテロ接合を含み、且つ制御電
極の直下の半導体材料が原則的に高抵抗であるため、動
作モードが空乏層変調モードと電荷蓄積モードの両方を
有することができる。従って、制御可能なチャネル電荷
量が大きくでき、素子の電流駆動能力が向上し、結果的
に素子の高速化が可能となる。また、制御電極とオーミ
ック電極間の電流立ち上がり電圧(Vr)が高く、従っ
て、見かけ上のショットキー障壁が高くなり、例えばD
CFL回路等を用いた集積回路の動作雑音余裕度を高め
られる。更に、チャネルアスペクト比を大きく取れるな
め、高性能な短チヤネル素子を容易に実現できる。本発
明の半導体集積装置は、原理的に、前記素子の表面の高
抵抗半導体層の膜厚を増減することにより、素子の電流
しきい値電圧を制御できることを用いたもので、例えば
エンハンスメント型とデイプリージョン型の素子の集積
化による特有の作用・効果を有することができる。また
、E/D構成の場合、D−FET側の表面の高抵抗半導
体層の一部に不純物を添加し、実質的にD−FETの相
互コンダクタンスを高めることもできる。以上説明した
原理0作用は、キャリアが電子と正孔のいづれに対して
も共通である。
(Function) The basic semiconductor element in the semiconductor integrated device of the present invention is:
As shown in Japanese Patent Application No. 61-052873 and Japanese Patent Application No. 61-092639 filed by the present inventors, a semiconductor material including a Peter junction between the control electrode and the channel and directly under the control electrode Since it has a high resistance in principle, the operation mode can have both a depletion layer modulation mode and a charge accumulation mode. Therefore, the amount of channel charge that can be controlled can be increased, the current driving capability of the device is improved, and as a result, the speed of the device can be increased. In addition, the current rise voltage (Vr) between the control electrode and the ohmic electrode is high, and therefore the apparent Schottky barrier becomes high, for example, D
The operating noise margin of an integrated circuit using a CFL circuit or the like can be increased. Furthermore, since the channel aspect ratio can be increased, a high-performance short channel device can be easily realized. The semiconductor integrated device of the present invention uses the fact that, in principle, the current threshold voltage of the element can be controlled by increasing or decreasing the thickness of the high-resistance semiconductor layer on the surface of the element. The integration of depletion type elements can provide unique functions and effects. Further, in the case of the E/D configuration, it is also possible to add impurities to a part of the high-resistance semiconductor layer on the surface on the D-FET side to substantially increase the mutual conductance of the D-FET. The principle 0 action explained above is common to both electrons and holes as carriers.

また、本発明の製造方法においては、均一性の高いエピ
タキシャル成長した結晶を用い、しかも第5の半導体層
はウェットあるいはドライエツチング法を用いて選択的
に除去されるため素子のしきい値電圧のバラツキも小さ
くできる。従って、例えば、雑音余裕度の制限が非常に
厳しいE/D構成のDCFL回路を容易に形成でき、回
路の動作雑音余裕度の高い高速な半導体集積装置を得る
ことができる。
Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, epitaxially grown crystals with high uniformity are used, and the fifth semiconductor layer is selectively removed using a wet or dry etching method, so that variations in the threshold voltage of the device can be avoided. can also be made smaller. Therefore, for example, it is possible to easily form a DCFL circuit having an E/D configuration with extremely strict noise margin limitations, and to obtain a high-speed semiconductor integrated device with a high circuit operational noise margin.

(実施例1) 次に本発明について図面を参照して詳細に説明する。(Example 1) Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例の半導体集積装置の要部構
造断面図である。第1図において、半絶縁性基板9上の
半導体層1としてアンドープのGaAs、第1の半導体
層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3としてア
ンドープのAlo、3Gao、7AS、第3の半導体層
4としてアンドープのGaAs、オーミック電極5とし
てAuGe/Ni、制御電極6及び7としてWSiをそ
れぞれ用いる。また、N型の高不純物密度領域8は、S
iイオンのドーズ量が約5 X 1013cm−2で、
加速電圧が約50keVの条件でイオン注入した後、9
00°Cの短時間熱処理により形成されている。尚、本
実施例における各半導体層の膜厚及び不純物密度の代表
例を示すと、 図示記号  膜厚(A) 不純物密度(X 101810l8 アンドープ アンドープ アンドープ である。本実施例における制御電極6を有するE−FE
T及び制御電極7を有するD−FETの代表的性能指数
を例示すると、 性能指数    E−FET     D−FETI、
g(llrri)       1      1V収
V)       0.2     −0.6gm(m
s/mm)     350     300Vr(V
)       1.15      1BY−■)8
8 である。ここで、Lgは制御電極の長さ(ゲート長)、
Vtはしきい値電圧、gmは相互コンダクタンス、Vr
はゲート順方向立ち上がり電圧、BVgはゲート耐圧を
表わしている。特に、Vrは共に約1vであり、従来の
GaAsMESFETに比較して約0.4v改善されて
いる。また、ゲート耐圧も従来 GaAsMESFETの約2倍である。更に、半導体集
積装置の高速性の指標であるgmも十分に大きかった。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part structure of a semiconductor integrated device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the semiconductor layer 1 on the semi-insulating substrate 9 is undoped GaAs, the first semiconductor layer 2 is N-type GaAs, and the second semiconductor layer 3 is undoped Alo, 3Gao, 7AS, and the third semiconductor layer 3. Undoped GaAs is used as the semiconductor layer 4, AuGe/Ni is used as the ohmic electrode 5, and WSi is used as the control electrodes 6 and 7, respectively. Further, the N-type high impurity density region 8 is S
The dose of i ions is about 5 x 1013 cm-2,
After ion implantation at an accelerating voltage of approximately 50 keV, 9
It is formed by short-time heat treatment at 00°C. Typical examples of the film thickness and impurity density of each semiconductor layer in this example are as follows: Graphical symbol Film thickness (A) Impurity density (X 101810l8 Undoped, undoped, undoped.E with the control electrode 6 in this example) -FE
Typical figures of merit of a D-FET having T and control electrode 7 are as follows: Figure of merit E-FET D-FETI,
g(llrri) 1 1V yield V) 0.2 -0.6gm(m
s/mm) 350 300Vr(V
) 1.15 1BY-■)8
It is 8. Here, Lg is the length of the control electrode (gate length),
Vt is threshold voltage, gm is mutual conductance, Vr
represents the gate forward rising voltage, and BVg represents the gate breakdown voltage. In particular, Vr is both about 1v, which is an improvement of about 0.4v compared to the conventional GaAs MESFET. Furthermore, the gate breakdown voltage is approximately twice that of the conventional GaAs MESFET. Furthermore, gm, which is an index of high speed of a semiconductor integrated device, was also sufficiently large.

本実施例の半導体集積装置を用いて、DCFL回路構成
のインバーター及びこれを用いたリング発振器を作製し
たところ、雑音余裕度的0.4V、無負荷でのゲート遅
延時間25ps/s、ゲート当りの消費電力0.6mW
と良好な結果を得た。また、100°C近傍の高温にお
いても良好に動作し、本発明による半導体集積装置が、
十分な回路の動作雑音余裕度を有し、しかも高速かつ低
消費電力であることが分かった。
Using the semiconductor integrated device of this example, an inverter with a DCFL circuit configuration and a ring oscillator using the same were fabricated. Power consumption 0.6mW
and obtained good results. Furthermore, the semiconductor integrated device according to the present invention operates well even at high temperatures around 100°C.
It has been found that the circuit has sufficient operating noise margin, is high-speed, and has low power consumption.

尚、本実施例においては、N型の高不純物密度領域8を
イオン注入法によって形成したが、例えば、有機金属気
相成長法(MOCVD法)を用いて、N型の高不純物密
度半導体層(例えば、N−GaAs)を選択的にエピタ
キシャル成長する方法など他の方法でも形成できる。
In this example, the N-type high impurity density region 8 was formed by ion implantation, but for example, the N-type high impurity density semiconductor layer ( For example, other methods such as selective epitaxial growth of N-GaAs can also be used.

(実施例2) 第2図は、本発明の他の実施例の半導体集積装置の要部
構造断面図である。第2図において、半絶縁性基板9上
の半導体層21としてアンドープのGaAs、半導体層
22としてアンドープのAlo、3Gao、7As、半
導体層23としてアンドープのGaAs、第1の半導体
層2としてN型のGaAs、第2の半導体層3としてア
ンドープのAIo3Gao、7As、第3の半導体層4
のうち24としてN型GaAs、 25としてアンドー
プのGaAs、オーミック電極5としてAuGe/Ni
、制御電極6及び7としてWSiをそれぞれ用いる。更
に、N型の高不純物密度領域8は、Siイオンのドーズ
量が約5X1013cm−2で、加速電圧が約50ke
Vの条件でイオン注入した後、また、N型の中間不純物
密度領域26は、Siイオンのドーズ量が約I×101
3cm−2で、加速電圧が約30keVの条件でイオン
注入した後、900°Cの短時間熱処理により形成され
ている。尚、本実施例における各半導体層の膜力5鳳1
ワr(A) 不純物密度(X 101810l8 アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ アンドープ である。本実施例における制御電極6を有するE−FE
T及び制御電極7を有するD−FETの代表的性能指数
を例示すると、 性能指数 Lg(pm) ■賢■) gm(ms/mm) Vr(V) BVg(V) −FET 0.2 1.15 −FET 一〇、6 0.9 である。本実施例においては、D−FET側においてN
型のGaAs層24を設けているため、制御電極7とチ
ャネル層2及び24との距離が短くなり、D−FETの
gmが増加し、高速化により有利になっている。また、
制御電極6及び7の近傍にN型の中間不純物密度領域2
6を設け、いわゆるLDD(Lightly Dope
dDrain)構造としているため、ゲート耐圧も増加
している。更に、AlGaAsからなるヘテロバッファ
層22を設けているために、短チヤネル効果が小さく、
チャネル長の短い素子においても良好な特性を得ること
ができた。また、本実施例の半導体集積装置を用いて、
DCFL回路構成のインバーター及びこれを用いたリン
グ発振器を作製したところ、雑音余裕度約0.4V、無
負荷でのゲート遅延時間25ps/s、ゲート当りの消
費電力0.6mWと良好な結果を得た。また、100°
C近傍の高温においても良好に動作し、本発明による半
導体集積装置が、十分な回路の動作雑音余裕度を有し、
しかも高速かつ低消費電力であることが分かった。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part structure of a semiconductor integrated device according to another embodiment of the present invention. In FIG. 2, the semiconductor layer 21 on the semi-insulating substrate 9 is undoped GaAs, the semiconductor layer 22 is undoped Alo, 3Gao, 7As, the semiconductor layer 23 is undoped GaAs, and the first semiconductor layer 2 is N-type GaAs. GaAs, undoped AIo3Gao as second semiconductor layer 3, 7As, third semiconductor layer 4
Of these, 24 is N-type GaAs, 25 is undoped GaAs, and ohmic electrode 5 is AuGe/Ni.
, WSi is used as the control electrodes 6 and 7, respectively. Furthermore, the N-type high impurity density region 8 has a Si ion dose of approximately 5×1013 cm−2 and an acceleration voltage of approximately 50 ke.
After ion implantation under the condition of V, the N-type intermediate impurity density region 26 has a Si ion dose of approximately I×101.
It is formed by ion implantation at 3 cm -2 and acceleration voltage of about 30 keV, followed by short-time heat treatment at 900°C. In addition, the film strength of each semiconductor layer in this example is
War (A) Impurity density (X 101810l8 Undoped undoped undoped undoped undoped. E-FE with control electrode 6 in this example
Typical figures of merit of a D-FET having T and control electrode 7 are as follows: Figure of merit Lg (pm) ■Ken■) gm (ms/mm) Vr (V) BVg (V) -FET 0.2 1. 15-FET 10,6 0.9. In this example, N on the D-FET side is
Since the type GaAs layer 24 is provided, the distance between the control electrode 7 and the channel layers 2 and 24 is shortened, and the gm of the D-FET is increased, which is advantageous for higher speed. Also,
N-type intermediate impurity density region 2 near control electrodes 6 and 7
6, so-called LDD (Lightly Dope
dDrain) structure, the gate breakdown voltage is also increased. Furthermore, since the hetero buffer layer 22 made of AlGaAs is provided, the short channel effect is small.
Good characteristics could be obtained even in devices with short channel lengths. Furthermore, using the semiconductor integrated device of this example,
When we created an inverter with a DCFL circuit configuration and a ring oscillator using it, we obtained good results with a noise margin of approximately 0.4 V, a gate delay time of 25 ps/s with no load, and a power consumption of 0.6 mW per gate. Ta. Also, 100°
The semiconductor integrated device according to the present invention operates well even at high temperatures near C, and has sufficient circuit operation noise margin,
Moreover, it was found to be high speed and low power consumption.

以上の実施例においては、電子をキャリアとする半導体
集積装置について述べてきたが、正孔をキャリアとする
場合にも本発明の原理は同様に成り立つ。次に、正孔を
キャリアとする半導体集積装置の実施例について述べる
In the above embodiments, a semiconductor integrated device using electrons as carriers has been described, but the principle of the present invention is similarly applicable when holes are used as carriers. Next, an example of a semiconductor integrated device using holes as carriers will be described.

(実施例3) 本実施例の半導体集積装置の要部構造断面図は第1図と
同様である。第1図において、半絶縁性基板9上の半導
体層1としてアンドープのGaAs 、第1の半導体層
2としてP型のGe、第2の半導体層3としてアンドー
プのAlo、3Gao、7As、第3の半導体層4とし
てアンドープのGe、オーミック電極5としてAuZn
、制御電極6及び7としてWSiをそれぞれ用いる。ま
た、P型の高不純物密度領域8は、Beイオンのドーズ
量が約5 X 1013cm−2で、加速電圧が約50
keVの条件でイオン注入した後、900°Cの短時間
熱処理により形成されている。尚、本実施例における各
半導体層の膜厚及び不純物密度の代表例を示すと、 図示記号  月短享(A)    不純物密度(X I
Q”cm−3)1    5000       アン
ドープ3250       アンドープ 4250       アンドープ である。本実施例においても、電子をキャリアとする場
合と同様に、特にVrに関して、従来のGaAsMES
FETに比較して改善がみられた。また、本発明による
半導体集積装置が、十分な回路の動作雑音余裕度を有し
、しかも高速かつ低消費電力であることも分かった。
(Embodiment 3) A cross-sectional view of the main structure of the semiconductor integrated device of this embodiment is the same as that in FIG. In FIG. 1, the semiconductor layer 1 on the semi-insulating substrate 9 is undoped GaAs, the first semiconductor layer 2 is P-type Ge, the second semiconductor layer 3 is undoped Alo, 3Gao, 7As, and the third semiconductor layer 3. Undoped Ge as the semiconductor layer 4 and AuZn as the ohmic electrode 5
, WSi is used as the control electrodes 6 and 7, respectively. In addition, the P-type high impurity density region 8 has a Be ion dose of about 5 x 1013 cm-2 and an acceleration voltage of about 50 cm.
After ion implantation under keV conditions, it is formed by short-time heat treatment at 900°C. In addition, typical examples of the film thickness and impurity density of each semiconductor layer in this example are as follows: Graphical symbols: Moon tankyo (A) Impurity density (X I
Q"cm-3) 1 5000 Undoped 3250 Undoped 4250 Undoped. In this example as well, as in the case where electrons are used as carriers, in particular with respect to Vr, conventional GaAs MES
Improvement was seen compared to FET. It has also been found that the semiconductor integrated device according to the present invention has sufficient circuit operation noise margin, is high-speed, and has low power consumption.

この実施例3は、電子をキャリアとする半導体集積装置
の実施例1と対をなすものであるが、本発明の原理に照
合すれば、実施例2に対応した正孔キャリアとする半導
体集積装置が実現可能なことは明らかである。
Embodiment 3 is a pair with Embodiment 1 of a semiconductor integrated device using electrons as carriers, but if compared with the principle of the present invention, a semiconductor integrated device using hole carriers corresponding to Embodiment 2 is applicable. It is clear that this is possible.

以上実施例1から実施例3においては、GaAs、Al
GaAs、Geを半導体材料として用いたが、InGa
As、InAlAs、InP、GaSb、InSb、S
iなど他の半導体材料を用いることも可能である。
In Examples 1 to 3 above, GaAs, Al
Although GaAs and Ge were used as semiconductor materials, InGa
As, InAlAs, InP, GaSb, InSb, S
It is also possible to use other semiconductor materials such as i.

次に、本発明の半導体集積装置の製造方法の実施例につ
いて述べる。
Next, an embodiment of the method of manufacturing a semiconductor integrated device of the present invention will be described.

(実施例4) 第3図(a)〜(C)は、本発明の一実施例の半導体集
積装置製造方法の要部製造工程である。第3図(a)は
、半導体結晶の断面図である。第3図(a)において、
半絶縁性基板9上の半導体層1としてアンドープのGa
As、第1の半導体層2としてN型のGaAs、第2の
半導体層3としてアンドープのAlo、5Gao、5A
s、第3の半導体層4としてアンドープのGaAsを、
分子線エピタキシャル(MBE)法を用いて、各々連続
的に成長する。次に、第3図(b)に示すように、D−
FETとなる領域をフォトレジスト(PR)31でマス
クし、CCL2F2とHeの混合ガス32でドライエツ
チングして、第3の半導体層4のアンドープのGaAs
を選択的に除去し、E−FETとなる領域を形成する。
(Embodiment 4) FIGS. 3(a) to 3(C) show the main manufacturing steps of a method for manufacturing a semiconductor integrated device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3(a) is a cross-sectional view of a semiconductor crystal. In Figure 3(a),
Undoped Ga as the semiconductor layer 1 on the semi-insulating substrate 9
As, N-type GaAs as the first semiconductor layer 2, undoped Alo, 5Gao, 5A as the second semiconductor layer 3
s, undoped GaAs as the third semiconductor layer 4,
Each layer is successively grown using a molecular beam epitaxial (MBE) method. Next, as shown in FIG. 3(b), D-
The region that will become the FET is masked with a photoresist (PR) 31 and dry etched with a mixed gas 32 of CCL2F2 and He to form the undoped GaAs of the third semiconductor layer 4.
is selectively removed to form a region that will become an E-FET.

次に、第3図(c)に示すように、前記PR除去後、W
Siをスパッタ法で堆積し、ドライエツチング法で加工
する。その後、Siイオン33をドーズ量が約5 X 
1013cm−2で、加速電圧が約50keVの条件で
イオン注入した後、900°Cの短時間熱処理を施す。
Next, as shown in FIG. 3(c), after removing the PR, W
Si is deposited by sputtering and processed by dry etching. After that, Si ions 33 are added at a dose of about 5
After ion implantation at 1013 cm-2 and an acceleration voltage of about 50 keV, a short-time heat treatment at 900°C is performed.

その後、オーミック電極5としてAuGe/Niを蒸着
し、熱処理により合金化する。最後に、素子間の配線を
行い完成させる。尚、本実施例における各半導体層の膜
厚及び不純物密度の代表例を示すと、 図示記号  膜厚(A)    不純物密度(X 10
18c10l8    5000       アンド
ープ3250       アンドープ 4250       アンドープ である。本実施例において得られた素子のしきい値電圧
Vtの標準偏差σVtは、約20mVと良好であった。
Thereafter, AuGe/Ni is deposited as the ohmic electrode 5 and alloyed by heat treatment. Finally, wiring between the elements is completed. In addition, typical examples of the film thickness and impurity density of each semiconductor layer in this example are as follows: Graphical symbol Film thickness (A) Impurity density (X 10
18c10l8 5000 Undoped 3250 Undoped 4250 Undoped. The standard deviation σVt of the threshold voltage Vt of the device obtained in this example was about 20 mV, which was good.

また、DCFL回路構成を用いて回路を作製したところ
、実施例1で示したものと同様の良好な性能を確認でき
た。更に、素子特性の均−性及び再現性も良好であった
Further, when a circuit was fabricated using the DCFL circuit configuration, good performance similar to that shown in Example 1 was confirmed. Furthermore, the uniformity and reproducibility of device characteristics were also good.

尚、本実施例においては、ドライエツチング用のガス3
2として、0□、C12,CCl4.CBrF3.CF
4,5iC14゜SF6.HCl、HBrなどのガスの
組合せによる混合ガスを用いることも可能である。更に
、ドライエツチング用のガス32の代わりに、酒石酸や
弗化アンモニウム液などを用いてもよい。
In this example, the dry etching gas 3
2, 0□, C12, CCl4. CBrF3. C.F.
4,5iC14°SF6. It is also possible to use a mixed gas consisting of a combination of gases such as HCl and HBr. Furthermore, tartaric acid, ammonium fluoride liquid, or the like may be used instead of the dry etching gas 32.

また、この実施例4は、電子をキャリアとする半導体集
積装置の製造方法であるが、本発明の原理に照合すれば
、原則的に、正孔をキャリアとする半導体集積装置の製
造方法としても同様に適応可能なことは明らかである。
Furthermore, although this fourth embodiment is a method for manufacturing a semiconductor integrated device using electrons as carriers, in principle it can also be used as a method for manufacturing a semiconductor integrated device using holes as carriers when compared with the principles of the present invention. It is clear that the same is applicable.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、回路の動作雑音
余裕度が大きく、しかも高速性及び低消費電力性に優れ
た半導体集積装置が実現できるという効果がある。更に
、均−性及び再現性が良好な製造方法により歩留りが向
上できるため、価格の低減にも非常に有効である。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to realize a semiconductor integrated device that has a large circuit operating noise margin and is excellent in high speed and low power consumption. Furthermore, since the yield can be improved by a manufacturing method with good uniformity and reproducibility, it is also very effective in reducing costs.

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

第1図および第2図は本発明の半導体集積装置の実施例
における模式的構造断面図、第3図(a)〜(C)は本
発明の半導体集積装置の製造方法の実施例における主な
製造工程を示す模式的構造断面図である。 1・・・アンドープGaAs層、2・・・第1の半導体
層(N型GaAsあるいはP型Ge)、3・・・第2の
半導体層(アンドープAIGaAs)、4・・・第3の
半導体層(アンドープGaAs)、5・・・オーミック
電極、6,7・・・制御電極、8・・・N型の高不純物
密度領域、9・・・基板、21・・・アンドープGaA
s層、22−・・アンドープAlGaAs、23−・・
アンドープGaAs、24・・・第3の半導体層(N型
GaAsあるいはGe)、25・・・第3の半導体層(
アンドープGaAs)、26・・・N型の中間不純物密
度領域、31・・・フォトレジスト、32・・・ドライ
エツチング用混合ガス、33・・・注入イオン。
1 and 2 are schematic structural cross-sectional views in an embodiment of the semiconductor integrated device of the present invention, and FIGS. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the structure showing the manufacturing process. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Undoped GaAs layer, 2... First semiconductor layer (N-type GaAs or P-type Ge), 3... Second semiconductor layer (undoped AIGaAs), 4... Third semiconductor layer (Undoped GaAs), 5... Ohmic electrode, 6, 7... Control electrode, 8... N-type high impurity density region, 9... Substrate, 21... Undoped GaA
s layer, 22-... undoped AlGaAs, 23-...
undoped GaAs, 24... third semiconductor layer (N-type GaAs or Ge), 25... third semiconductor layer (
undoped GaAs), 26... N-type intermediate impurity density region, 31... photoresist, 32... mixed gas for dry etching, 33... implanted ions.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)高不純物密度の第1の半導体層上に設けられた低
不純物密度の第2の半導体層を有し、かつ第1の半導体
層はN型で第2の半導体層より大きい電子親和力を有し
、前記第2の半導体層上に設けられた制御電極と、この
制御電極を挟んだ両側に前記第1の半導体層と電気的に
接続された少なくとも2個のオーミック電極とを備えた
第1の半導体装置と、前記第1の半導体層上の前記第2
の半導体層上に設けられた低不純物密度の第3の半導体
層を有し、前記第3の半導体層上に設けられた制御電極
と、この制御電極を挟んだ両側に前記第1の半導体層と
電気的に接続された少なくとも2個のオーミック電極と
を備えた第2の半導体装置とを同一基板上に設けたこと
を特徴とする半導体集積装置。
(1) A second semiconductor layer with a low impurity density is provided on a first semiconductor layer with a high impurity density, and the first semiconductor layer is N-type and has a larger electron affinity than the second semiconductor layer. a control electrode provided on the second semiconductor layer; and at least two ohmic electrodes electrically connected to the first semiconductor layer on both sides of the control electrode. 1 semiconductor device, and the second semiconductor device on the first semiconductor layer.
a third semiconductor layer with a low impurity density provided on the semiconductor layer, a control electrode provided on the third semiconductor layer, and the first semiconductor layer on both sides of the control electrode. and a second semiconductor device including at least two electrically connected ohmic electrodes, provided on the same substrate.
(2)特許請求の範囲第1項記載の半導体集積装置にお
いて、第1の半導体層が、第2の半導体層の電子親和力
とエネルギーギャップの和より小さい電子親和力とエネ
ルギーギャップの和を有するP型の半導体であることを
特徴とする半導体集積装置。
(2) In the semiconductor integrated device according to claim 1, the first semiconductor layer is a P type having a sum of electron affinity and energy gap smaller than the sum of electron affinity and energy gap of the second semiconductor layer. A semiconductor integrated device characterized by being a semiconductor.
(3)特許請求の範囲第1項及び第2項記載の半導体集
積装置において、低不純物密度の第3の半導体層の一部
に第1の半導体層と同じ導電型の不純物を添加したこと
を特徴とする半導体集積装置。
(3) In the semiconductor integrated device according to claims 1 and 2, an impurity of the same conductivity type as the first semiconductor layer is added to a part of the third semiconductor layer having a low impurity density. Features of semiconductor integrated devices.
(4)基板上に、第1の半導体層と第2の半導体層と第
3の半導体層を順次結晶成長する工程と、前記結晶の一
部の第3の半導体層を選択的に除去する工程と、前記除
去部の第2の半導体層上に第1の半導体装置を形成し、
前記除去部以外の第3の半導体層上に第2の半導体装置
を形成する工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲
第1項乃至第3項記載の半導体集積装置の製造方法。
(4) A step of sequentially crystal-growing a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer on the substrate, and a step of selectively removing a portion of the third semiconductor layer from the crystal. and forming a first semiconductor device on the second semiconductor layer of the removed portion,
4. The method of manufacturing a semiconductor integrated device according to claim 1, further comprising the step of forming a second semiconductor device on a third semiconductor layer other than the removed portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014123665A (en) * 2012-12-21 2014-07-03 Fujitsu Ltd Semiconductor device, method of manufacturing the same, power-supply device, and high-frequency amplifier

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61168965A (en) * 1985-01-23 1986-07-30 Hitachi Ltd semiconductor equipment
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