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JPH046092B2 - - Google Patents
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JPH046092B2 - - Google Patents

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JPH046092B2
JPH046092B2 JP62190157A JP19015787A JPH046092B2 JP H046092 B2 JPH046092 B2 JP H046092B2 JP 62190157 A JP62190157 A JP 62190157A JP 19015787 A JP19015787 A JP 19015787A JP H046092 B2 JPH046092 B2 JP H046092B2
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JP
Japan
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layer
gate electrode
carriers
substrate
fet
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JP62190157A
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Japanese (ja)
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JPS6436078A (en
Inventor
Osamu Kagaya
Yasunari Umemoto
Hiroshi Yanagisawa
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、化合物半導体集積回路における電界
効果トランジスタに係り、特にα線の入射によつ
て生じたキヤリアの流入を抑える構造を有する電
界効果トランジスタに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a field effect transistor in a compound semiconductor integrated circuit, and particularly to a field effect transistor having a structure that suppresses the inflow of carriers caused by the incidence of alpha rays. Regarding.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、GaAs MESFET(Metal
Semiconductor Field Effect Transistor)にお
いて、α線の入射によつて生じたキヤリアの流入
を抑える構造については、例えばアイ・イー・イ
ー・イー、エレクトロン デバイス レターズ、
イー・デイー・エル7巻、ナンバー6(1986年)
第396頁から第397頁(IEEE ELECTRON
DEVICE LETTERS、VOL.EDL−7、No.6、
(1986)pp.396−397)において論じられている。
Traditionally, GaAs MESFETs (Metal
Regarding structures that suppress the inflow of carriers caused by the incidence of alpha rays in Semiconductor Field Effect Transistors, see, for example, IEE, Electron Device Letters,
E.D.L. Volume 7, Number 6 (1986)
Pages 396 to 397 (IEEE ELECTRON
DEVICE LETTERS, VOL.EDL-7, No.6,
(1986) pp. 396-397).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来技術は、GaAs MESFETにα線が入
射した場合のMESFETへのキヤリアの流入を抑
えるものである。すなわち、GaAs MESFET、
もしくはFET近傍にα線が入射した場合、発生
したキヤリアが、ドレイン−ソース間のポテンシ
ヤル障壁を引き下げる。このため、ソースからの
電子の注入が促進され、α線入射によつて発生し
たキヤリアの数倍のキヤリアがドレインに流れ込
む。上記従来技術は、FET下部にP層を埋込む
ことにより、ドレイン−ソース間のポテンシヤル
障壁を高くし、ドレインへのキヤリアの流入を抑
えるというものである。
The above-mentioned conventional technology suppresses the inflow of carriers into the GaAs MESFET when α rays are incident on the MESFET. i.e. GaAs MESFET,
Alternatively, when alpha rays are incident near the FET, the generated carriers lower the potential barrier between the drain and source. Therefore, the injection of electrons from the source is promoted, and several times as many carriers as those generated by the incidence of α-rays flow into the drain. In the above-mentioned conventional technology, a P layer is buried under the FET to increase the potential barrier between the drain and the source, thereby suppressing the inflow of carriers into the drain.

ところで、FETのゲート電極には、配線金属
とのコンタクトを取る為に、パツド部分を設ける
必要がある。第2図に示した従来のFETの断面
図において、ゲート電極1のパツド部分の下部に
もP層11を設けた場合、この部分でメタル−P
層によるシヨツトキーダイオードが形成され、α
線が入射して発生したキヤリアが拡散、あるいは
ドリフトし、このダイオードを通じてゲートに流
れ込む(第2図中矢印で示す)。上記従来技術で
はこの点についての配慮がなされていないので、
このようなFETを用いたSRAM(tatic
andom ccess emory)では、α線が入射
した場合、発生したキヤリアがFETのゲート電
極に流入してゲート電位が大きく変動してしま
い、メモリセルに保持されていた記憶情報が破壊
されうる(α線によるソフトエラー)という問題
があつた。
By the way, it is necessary to provide a pad part on the gate electrode of the FET in order to make contact with the wiring metal. In the cross-sectional view of the conventional FET shown in FIG. 2, if the P layer 11 is also provided under the pad portion of the gate electrode 1, the metal
A Schottky diode is formed by the layers, α
Carriers generated by the incident radiation diffuse or drift and flow into the gate through this diode (indicated by arrows in FIG. 2). Since the above conventional technology does not take this point into consideration,
SRAM ( Static R) using such FET
When alpha rays are incident, the generated carriers flow into the gate electrode of the FET and the gate potential fluctuates greatly , potentially destroying the stored information held in the memory cell ( There was a problem with soft errors caused by alpha rays.

本発明の目的は、上記問題点を解決し、α線耐
性の大きい電界効果トランジスタを提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a field effect transistor with high resistance to alpha rays.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、FETのゲート電極のパツド部分
の下部に接して、高抵抗材料層を有する構造とす
ることにより達成される。
The above object is achieved by providing a structure having a high resistance material layer in contact with the lower part of the pad portion of the gate electrode of the FET.

より具体的には、上記高抵抗材料層として、絶
縁物層、空乏化した半導体層、深い不純物準位に
よつて補償された高抵抗半導体層あるいは半絶縁
性基板等を用いる。
More specifically, as the high-resistance material layer, an insulating layer, a depleted semiconductor layer, a high-resistance semiconductor layer compensated by a deep impurity level, a semi-insulating substrate, or the like is used.

〔作 用〕[Effect]

ゲート電極のパツド部分の下部に接して高抵抗
材料層を有することにより、この層はキヤリアを
通さないので、α線入射によつて基板内に発生し
たキヤリアがゲートのパツド部分を通じてゲート
に流入することを防ぐことができる。より具体的
には以下の通りである。
By having a high-resistance material layer in contact with the lower part of the pad portion of the gate electrode, this layer does not allow carriers to pass through, so carriers generated in the substrate due to the incidence of alpha rays flow into the gate through the pad portion of the gate. This can be prevented. More specifically, it is as follows.

GaAs基板に入射するα線は約160fcの正孔及び
電子を生ずる。これらのキヤリアは基板中では時
間の経過とともに再結合して失われていくが、そ
れまでの間に基板の中を拡散、あるいはドリフト
する。α線がFETのゲート電極のパツド部分、
あるいはその近傍に入射した場合、ゲート電極の
パツド部分の下に設けたキヤリアを通さない高抵
抗材料層の為に、ゲート電極へのパツド部分を通
じてのキヤリアの流入が阻止される。よつて、
FETのゲート電位の変動を抑えることができ、
このようなFETをSRAMに用いた場合、α線入
射によるソフトエラーを抑制することができる。
α rays incident on a GaAs substrate generate about 160 fc of holes and electrons. These carriers recombine and are lost in the substrate over time, but in the meantime they diffuse or drift within the substrate. α rays are transmitted to the pad part of the gate electrode of the FET,
Or if the carrier is incident near the pad portion of the gate electrode, the carrier is prevented from flowing into the gate electrode through the pad portion because of the high resistance material layer that does not allow carriers to pass through. Then,
Fluctuations in the FET gate potential can be suppressed,
When such a FET is used in an SRAM, soft errors due to incidence of alpha rays can be suppressed.

〔実施例〕 参考例 1 以下、本発明に関連する第一の参考例を第1
図、及び第3図により説明する。第1図は電界効
果トランジスタの断面構造図、第3図は該電界効
果トランジスタを基板上より見た図を示す。半絶
縁性GaAs基板6上にイオン打込みとその後の高
温熱処理工程によりP型半導体層11、n型能動
層7、n+層3を形成する。P型半導体層11の
イオン打込みは、Be、Mg、C、Znのいずれを用
いてもよく、打込みエネルギーは、n型能動層7
やn+層3の形成条件に依存するが、通常10keV〜
400keVの範囲の中で選択し、ドーズ量は打込エ
ネルギーに依存するが、通常1011cm-2以上の範囲
の中で選択する。高温熱処理は、通常700℃〜850
℃の温度で行なう。次に絶縁物膜2を通常の
CVD(hemical apor eposition)法によ
りゲート電極のパツド下部の範囲に形成する。こ
の絶縁物膜が上述の高抵抗材料層である。絶縁物
膜2としてはSiO2、SiN4、AlN、Al2O3のいずれ
を用いてもよい。その後は通常の方法でゲート金
属1、SiO2膜8、ソース、ドレイン電極4、配
線金属9を形成する。
[Example] Reference Example 1 Hereinafter, the first reference example related to the present invention will be referred to as the first reference example.
This will be explained with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram of a field effect transistor, and FIG. 3 is a view of the field effect transistor viewed from above the substrate. A P-type semiconductor layer 11, an n-type active layer 7, and an n + layer 3 are formed on a semi-insulating GaAs substrate 6 by ion implantation and a subsequent high-temperature heat treatment process. Any of Be, Mg, C, and Zn may be used for ion implantation of the P-type semiconductor layer 11, and the implantation energy is equal to that of the n-type active layer 7.
Although it depends on the formation conditions of the n + layer 3, it is usually 10keV~
The dose is selected within the range of 400 keV, and the dose depends on the implantation energy, but is usually selected within the range of 10 11 cm -2 or more. High temperature heat treatment is usually 700℃~850℃
Perform at a temperature of °C. Next, insulator film 2 is
It is formed in the area below the pad of the gate electrode by CVD ( Chemical Vapor Deposition ) method. This insulating film is the above-mentioned high-resistance material layer. As the insulating film 2, any of SiO 2 , SiN 4 , AlN, and Al 2 O 3 may be used. Thereafter, a gate metal 1, SiO 2 film 8, source and drain electrodes 4, and wiring metal 9 are formed by the usual method.

本参考例によれば、ゲート電極1のパツド部と
P型半導体11が直接接することによつて形成さ
れるシヨツトキーダイオードの部分の面積は、間
に絶縁物層2をはさみ込むことにより大幅に減少
できる。よつて、前述の如くα線により発生する
キヤリアがゲート電極に流入することを阻止する
ことができる。さらに該シヨツトキーダイオード
の逆方向リーク電流によるゲートリーク電流も大
幅に抑制できる。
According to this reference example, the area of the Schottky diode formed by direct contact between the pad portion of the gate electrode 1 and the P-type semiconductor 11 is significantly increased by sandwiching the insulating layer 2 between them. can be reduced to Therefore, carriers generated by α rays can be prevented from flowing into the gate electrode as described above. Furthermore, gate leakage current due to reverse leakage current of the Schottky diode can be significantly suppressed.

実施例 1 次に、本発明の第一の実施例を第4図を用いて
説明する。第一の参考例との違いは、絶縁物層2
を省いた点と、P型半導体層11を、ゲート電極
1のパツド下部に選択的に形成しない点と、空乏
化したP層12を該パツド下部に能動層よりも深
く形成した点であり、この空乏化したP層が上述
の高抵抗材料層である。空乏化したP層12は
Be、Mg、C、Znのうちいずれかのイオン打込み
と高温熱処理工程により形成される。打込みエネ
ルギーは通常10keV〜400keVの範囲の中で選択
し、ドーズ量は完全に空乏化する条件を満足する
ために、打込エネルギーに依存するが通常1013cm
-2以下の範囲の中で選択する。空乏化したp層1
2を能動層よりも深く設けたことにより、ゲート
電極1のパツド下部には厚い空乏層ができ、キヤ
リアの流入が効果的に阻止される。
Example 1 Next, a first example of the present invention will be described using FIG. 4. The difference from the first reference example is that the insulator layer 2
The P-type semiconductor layer 11 is not selectively formed under the pad of the gate electrode 1, and the depleted P layer 12 is formed deeper than the active layer under the pad. This depleted P layer is the above-mentioned high resistance material layer. The depleted P layer 12 is
It is formed by ion implantation of Be, Mg, C, or Zn and a high-temperature heat treatment process. The implant energy is usually selected within the range of 10 keV to 400 keV, and the dose depends on the implant energy to satisfy the conditions for complete depletion, but is usually 10 to 13 cm.
Select within the range of -2 or less. Depleted p-layer 1
By providing layer 2 deeper than the active layer, a thick depletion layer is formed below the pad of gate electrode 1, effectively blocking the inflow of carriers.

実施例 2 本発明の第二の実施例を第5図を用いて説明す
る。第一の参考例と異なるのは、絶縁物層2を省
いた点と、深い不純物準位によつて補償された高
抵抗半導体層10をゲート電極1のパツド下部に
能動層よりも深く設けた点であり、この深い不純
物準位によつて補償された高抵抗半導体層が上述
の高抵抗材料層である。該半導体層10はH、
O、V、Au、Cu、Fe、Crのうちのいずれかのイ
オン打込みにより形成される。打込エネルギーは
通常10keV〜400keVの範囲の中で選択し、ドー
ズ量は、P型半導体層10を完全に補償して半絶
縁性化する条件を満足するために、打込エネルギ
ーに依存するが通常1011cm-2以上の範囲の中で選
択する。半絶縁性を持つた該半導体層10を能動
層よりも深く設けたことにより、ゲート電極1の
パツド部へのキヤリアの流入が効果的に阻止され
る。
Example 2 A second example of the present invention will be described using FIG. 5. The difference from the first reference example is that the insulating layer 2 is omitted, and the high-resistance semiconductor layer 10 compensated by a deep impurity level is provided below the pad of the gate electrode 1 deeper than the active layer. The high resistance semiconductor layer compensated by this deep impurity level is the above-mentioned high resistance material layer. The semiconductor layer 10 has H,
It is formed by ion implantation of any one of O, V, Au, Cu, Fe, and Cr. The implantation energy is usually selected within the range of 10 keV to 400 keV, and the dose amount depends on the implantation energy in order to satisfy the conditions for completely compensating the P-type semiconductor layer 10 and making it semi-insulating. Usually selected within the range of 10 11 cm -2 or more. By providing the semi-insulating semiconductor layer 10 deeper than the active layer, carriers are effectively prevented from flowing into the pad portion of the gate electrode 1.

参考例 2 本発明に関連する第二の参考例を第6図を用い
て説明する。第一の参考例との違いは、絶縁物層
2を省いた点と、ゲート電極1のパツド下部にP
型半導体層11を選択的に形成しない点である。
すなわち、ゲート電極1のパツド下部は半絶縁性
GaAs基板6と接し、この基板が高抵抗材料層と
なるので、キヤリアの流入を阻止できる。
Reference Example 2 A second reference example related to the present invention will be explained using FIG. 6. The difference from the first reference example is that the insulator layer 2 is omitted, and there is a P layer below the pad of the gate electrode 1.
The point is that the type semiconductor layer 11 is not selectively formed.
In other words, the lower part of the pad of gate electrode 1 is semi-insulating.
Since it is in contact with the GaAs substrate 6 and this substrate becomes a high-resistance material layer, it is possible to prevent the inflow of carriers.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した如く、本発明によれば、α線が入
射した時に発生するキヤリアがゲート電極のパツ
ド部分に流入することを阻止することができ、従
来の電界効果トランジスタに比べα線耐性を大き
くすることができる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to prevent carriers generated when α rays are incident from flowing into the pad portion of the gate electrode, and the resistance to α rays is increased compared to conventional field effect transistors. be able to.

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

第1図は本発明に関連する第一の参考例の
FETの断面図、第2図は従来のFETの断面図、
第3図は第一の参考例のFETの平面図、第4図
乃至第5図はそれぞれ本発明に係る第一乃至第二
の実施例のFETの断面図、第6図は本発明に関
連する第二の参考例のFETの断面図である。 1…ゲート電極、2…絶縁物層、3…n+層、
4…ソース、ドレイン電極、6…半絶縁性GaAs
基板、7…n型能動層、8…SiO2膜、9…配線
金属、10…深い不純物準位によつて補償された
半導体層、11…P型半導体層、12…空乏化し
たP層。
Figure 1 shows a first reference example related to the present invention.
Cross-sectional view of FET, Figure 2 is cross-sectional view of conventional FET,
FIG. 3 is a plan view of the FET of the first reference example, FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of the FET of the first and second embodiments according to the present invention, and FIG. 6 is related to the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a second reference example FET. 1... Gate electrode, 2... Insulator layer, 3... n + layer,
4... Source, drain electrode, 6... Semi-insulating GaAs
Substrate, 7... N-type active layer, 8... SiO 2 film, 9... Wiring metal, 10... Semiconductor layer compensated by deep impurity level, 11... P-type semiconductor layer, 12... Depleted P layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 少なくとも、半絶縁性化合物半導体基板と、
該基板表面内部に離間して形成されたソース、ド
レイン領域と該ソース、ドレイン領域の間に形成
された能動層とからなるn型を有する第1の半導
体領域と、該第1の半導体領域の下部で該第1の
半導体領域に接して形成されたp型を有する第2
の半導体領域と、該能動層上に形成されたゲート
電極とを備えた電界効果トランジスタにおいて、
該ゲート電極のパツド部分の下部に接し、該基板
表面内部で該能動層の深さよりも深く形成された
高抵抗材料層を有することを特徴とする電界効果
トランジスタ。
1 At least a semi-insulating compound semiconductor substrate,
a first semiconductor region having an n-type and comprising source and drain regions formed spaced apart within the surface of the substrate and an active layer formed between the source and drain regions; A second semiconductor region having p-type formed in contact with the first semiconductor region at a lower portion thereof.
A field effect transistor comprising a semiconductor region and a gate electrode formed on the active layer,
A field effect transistor characterized in that it has a high resistance material layer that is in contact with the lower part of the pad portion of the gate electrode and is formed deeper within the surface of the substrate than the depth of the active layer.
JP19015787A 1987-07-31 1987-07-31 Field-effect transistor Granted JPS6436078A (en)

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