JP2723936B2 - Semiconductor element - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半絶縁性GaAs(ガリウム・砒素)基板上に
形成される空間電荷制限電流を応用したn+−i−n+型保
護ダイオードの製造技術に係わり、特にGaAsMESFET(Me
tal-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)の静電
サージ電流の吸収に好適な保護ダイオードの製造技術に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an n.sup. + -I.sup.n + protection diode to which a space charge limited current formed on a semi-insulating GaAs (gallium arsenide) substrate is applied. Related to the manufacturing technology of GaAsMESFET (Me
The present invention relates to a protection diode manufacturing technique suitable for absorbing electrostatic surge current of a tal-semiconductor-field-effect-transistor.
n+−i−n+ダイオードは、第12図に示されるように、
半絶縁性GaAs基板1の主面に一対のn+形拡散領域2,3を
設けかつ絶縁膜4に被われないn+形拡散領域2,3上にダ
イオード用電極5,6を設けることによって製造される。
すなわち、前記半絶縁性GaAs基板1は比抵抗が107〜108
Ω・cmと高抵抗半絶縁体〔真性(intrinsic)半導体:
i〕が使用される。この結果、前記n+形拡散領域2,3とn+
形拡散領域2,3の間の真性半導体領域(i領域)7のエ
ネルギーバンド図は、第13図に示されるようになる。同
エネルギーバンド図において、点線で示される部分がフ
ェルミレベル(FL)であり、8が伝導帯であり、9が価
電子帯である。そして、n+形領域(n+)とi領域との界
面には電位障壁aが形成される。この電位障壁aは、約
0.6eVとなる。なお、遷移領域は空間電荷制限領域bと
称される。また、このダイオードの電流(I)−電圧
(V)特性は、第14図に示されるようになり、耐圧は−
VR,VRとなる。The n + -i-n + diode, as shown in FIG.
By providing a pair of n + -type diffusion regions 2 and 3 on the main surface of the semi-insulating GaAs substrate 1 and providing diode electrodes 5 and 6 on the n + -type diffusion regions 2 and 3 not covered by the insulating film 4 Manufactured.
That is, the semi-insulating GaAs substrate 1 has a specific resistance of 10 7 to 10 8
Ω · cm and high-resistance semi-insulator [intrinsic semiconductor:
i] is used. As a result, the n + type diffusion regions 2, 3 and n +
The energy band diagram of the intrinsic semiconductor region (i region) 7 between the shaped diffusion regions 2 and 3 is as shown in FIG. In the energy band diagram, a portion shown by a dotted line is a Fermi level (FL), 8 is a conduction band, and 9 is a valence band. Then, the interface between the n + -type region (n +) and the i-region potential barrier a is formed. This potential barrier a is approximately
0.6 eV. Note that the transition region is called a space charge limiting region b. The current (I) -voltage (V) characteristics of this diode are as shown in FIG.
V R and V R.
このようなn+−i−n+ダイオードにあっては、n+形拡
散領域2,3に所定の電圧を印加すると、半絶縁部分から
空間電荷制限領域bを越えて電流が流れる。この現象
は、治金的に作ったn+-p+ダイオードを背中合わせの形
で接続したバックトゥバック型保護ダイオードと等価で
あり、したがって、n+−i−n+型の上記構造は、GaAs基
板上に容易に形成できる保護ダイオードとなり得ること
が知られている(特開昭61-292965号公報にて開示)。In such an n + -in + diode, when a predetermined voltage is applied to the n + -type diffusion regions 2 and 3, a current flows from the semi-insulating portion to the space charge limiting region b. This phenomenon is equivalent to back-to-back type protection diode connected to n + -p + diode made in metallurgical back to back in the form, therefore, the structure of the n + -i-n + type, GaAs substrate It is known that a protective diode can be easily formed thereon (disclosed in JP-A-61-292965).
n+−i−n+ダイオードは、FETをGaAs基板上に製作す
る際に形成するn+形拡散領域を作り込む時に同時に作る
ことができ、pn接合形成による保護ダイオードの如くp
形拡散領域を設ける必要がなく、簡単であることが特長
である。An n + -i-n + diode can be formed at the same time when an n + -type diffusion region is formed when a FET is formed on a GaAs substrate.
There is no need to provide a shaped diffusion region, and the feature is that it is simple.
しかし、このダイオードは以下の理由により、サージ
吸収力(サージ吸収能力)が大きくないことが本発明者
によってあきらかにされた。すなわち、n+−i−n+ダイ
オードは対向するn+形拡散領域とi領域の接触面積が前
記n+形拡散領域の拡散層深さが浅いために大きくとるこ
とができない。したがって、貫通サージ電流の通過断面
積が広くとれず、サージ吸収能力がpn治金接合型ダイオ
ードに及ばない。However, it has been clarified by the present inventors that this diode does not have a large surge absorbing power (surge absorbing power) for the following reasons. That, n + -i-n + diode can not contact area facing the n + type diffusion region and the i region made large due to the shallow diffusion layer depth of the n + -type diffusion region. Therefore, the passage cross-sectional area of the through surge current cannot be widened, and the surge absorbing ability is not as high as that of the pn metallurgical junction type diode.
また、このn+−i−n+ダイオードは電位障壁の高さが
ばらつき易いことをも見出した。すなわち、電位障壁は
半絶縁性GaAs基板の成長条件等によって微妙に変わる。
このため、n+−i−n+ダイオードの特性が変動し易くな
る。Further, the inventors have found that the height of the potential barrier of the n + -i-n + diode is easily varied. That is, the potential barrier slightly changes depending on the growth conditions of the semi-insulating GaAs substrate.
For this reason, the characteristics of the n + -i-n + diode are likely to fluctuate.
本発明の目的は、サージ吸収力の高いn+−i−n+ダイ
オードを提供することにある。An object of the present invention is to provide an n + −i−n + diode having a high surge absorbing power.
本発明の他の目的は、サージ吸収力の高いn+−i−n+
ダイオードを有する半導体素子を提供することにある。Another object of the present invention is to provide n + −i−n +
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a diode.
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴
は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになる
であろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。The outline of a representative invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、本発明のn+−i−n+ダイオードは、半絶縁
性の真性GaAs基板の主面に一対のn+形拡散領域を設けて
n+−i−n+で構成されるバックトゥバック形のダイオー
ドを構成しているとともに、前記n+形拡散領域とn+形拡
散領域間のi領域には電子線が照射されてトラップ準位
を有するトラップ領域が設けられている。前記トラップ
準位は、エネルギーバンド中で伝導帯の下方0.2〜0.3eV
に位置している。このため、このトラップ準位が電子で
満たされればn+形拡散領域との電位障壁高さは0.1〜0.2
eVとなり、この準位がない場合の約0.6eVに比べ充分低
くなっている。That is, the n + -i-n + diode of the present invention has a pair of n + -type diffusion regions provided on the main surface of a semi-insulating intrinsic GaAs substrate.
n + -i-n + with constitute a back-to-back type of diodes composed of, for i region between the n + -type diffusion region and the n + type diffusion region is irradiated with electron rays trap level Is provided. The trap level is 0.2 to 0.3 eV below the conduction band in the energy band.
It is located in. Therefore, if this trap level is filled with electrons, the potential barrier height with the n + type diffusion region is 0.1 to 0.2.
eV, which is much lower than about 0.6 eV without this level.
上記した手段によれば、本発明のn+−i−n+ダイオー
ドは、i領域に電子線の照射によってトラップ準位が形
成されている。このトラップ準位は、エネルギーバンド
中で伝導帯の下方0.2〜0.3eVに位置している。このた
め、このトラップ準位が電子で満たされればn+形拡散領
域との電位障壁高さは0.1〜0.2eVとなり、この準位がな
い場合の0.6eVに比べ充分低くなる。したがって、i領
域をサージ電流(電子)が流れた場合、先ず、その初期
の電子がi領域のトラップ準位にトラップされる。そし
て、トラップ準位が電子で満たされる結果、i領域のエ
ネルギー準位がn+形拡散領域のエネルギー準位に近づ
く。このように、一旦i領域のエネルギーレベルがn+形
拡散領域に近くなれば、次に流れ来るサージ電流は電位
障壁が約0.6eVから0.1〜0.2eVと低くなるため、容易にn
+形拡散領域からn+形拡散領域に流れ込み、サージ吸収
力が高くなる。According to the above-described means, in the n + -i-n + diode of the present invention, the trap level is formed in the i region by the irradiation of the electron beam. This trap level is located 0.2 to 0.3 eV below the conduction band in the energy band. For this reason, if the trap level is filled with electrons, the potential barrier height with the n + -type diffusion region becomes 0.1 to 0.2 eV, which is sufficiently lower than 0.6 eV without this level. Therefore, when a surge current (electrons) flows through the i-region, first, the initial electrons are trapped by the trap levels in the i-region. Then, as a result of filling the trap level with electrons, the energy level in the i-region approaches the energy level in the n + -type diffusion region. As described above, once the energy level of the i region is close to the n + type diffusion region, the surge current that flows next decreases the potential barrier from about 0.6 eV to about 0.1 to 0.2 eV, so that the n
The + -type diffusion region flows into the n + -type diffusion region, and the surge absorbing power increases.
以下図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例による保護ダイオード付Ga
AsMESFETにおけるn+−i−n+ダイオードの概要を示す断
面図、第2図は同じくエネルギーバンド図、第3図は同
じくサージ電流が流れた状態におけるエネルギーバンド
図、第4図は同じくサージ電流が流れる前の電流−電圧
特性を示すグラフ、第5図は同じくサージ電流が流れた
状態の電流−電圧特性を示すグラフ、第6図は同じくFE
Tの概要を示す模式的平面図、第7図は同じく等価回路
図、第8図〜第11図はn+−i−n+ダイオードの各製造工
程における断面図であって、第8図は半絶縁性GaAs基板
の主面にイオン打ち込みがなされた状態を示す断面図、
第9図は拡散処理された半絶縁性GaAs基板を示す断面
図、第10図は電子線が部分的に照射された半絶縁性GaAs
基板を示す断面図、第11図はダイオード用電極が形成さ
れた半絶縁性GaAs基板を示す断面図である。FIG. 1 shows a Ga with a protection diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an energy band diagram showing the outline of the n + −i−n + diode in the AsMESFET, FIG. 3 is an energy band diagram showing a state in which a surge current flows, and FIG. FIG. 5 is a graph showing current-voltage characteristics before flowing, FIG. 5 is a graph showing current-voltage characteristics when a surge current flows, and FIG.
FIG. 7 is a schematic plan view showing the outline of T, FIG. 7 is an equivalent circuit diagram, and FIGS. 8 to 11 are cross-sectional views in respective manufacturing steps of an n + −i−n + diode. Sectional view showing a state in which ion implantation is performed on a main surface of a semi-insulating GaAs substrate,
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a semi-insulating GaAs substrate subjected to a diffusion treatment, and FIG. 10 is a semi-insulating GaAs partially irradiated with an electron beam.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a semi-insulating GaAs substrate on which a diode electrode is formed.
この実施例では保護ダイオード付GaAsMESFETに本発明
を適用した例について説明する。この保護ダイオードGa
AsMESFETは、第7図の等価回路に示すようにゲート
(G),ソース(S),ドレイン(D)で構成されるME
SFETのゲートとソース間にバックトゥバックのダイオー
ド(保護ダイオード)10を入れた構造となっている。Ga
AsMESFETは、GaAsにおける電子移動度がSiに比較して速
いという物理的性質を生かし、高速動作可能とするべく
デバイスのゲート長を通常1μm以下に短縮している。
このため、静電破壊強度が弱くなる。そこで、この静電
破壊強度を高めるために、性能の良い保護ダイオードを
ゲートとソース間に設けている。In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a GaAs MESFET with a protection diode will be described. This protection diode Ga
The AsMESFET has a gate (G), a source (S), and a drain (D) as shown in the equivalent circuit of FIG.
It has a structure in which a back-to-back diode (protection diode) 10 is inserted between the gate and source of the SFET. Ga
The AsMESFET takes advantage of the physical property that GaAs has a higher electron mobility than Si, and reduces the gate length of the device to 1 μm or less to enable high-speed operation.
For this reason, the electrostatic breakdown strength decreases. Therefore, in order to increase the electrostatic breakdown strength, a high-performance protection diode is provided between the gate and the source.
GaAsMESFETチップ(半導体素子)20において、ソー
ス,ドレイン,ゲート等の電極パターンは、第6図に示
されるようになっている。すなわち、矩形のチップ20の
主面には矩形パターンからなる一対のソース電極21,ド
レイン電極22が設けられている。また、このソース電極
21とドレイン電極22間には細長くゲート電極23が延在し
ている。このゲート電極23のソース電極21とドレイン電
極22から外れた部分は幅広となりワイヤボンディング部
24を構成している。前記ソース電極21およびドレイン電
極22にもワイヤボンディング部25,26が設けられてい
る。In the GaAs MESFET chip (semiconductor element) 20, electrode patterns such as a source, a drain, and a gate are as shown in FIG. That is, a pair of source electrode 21 and drain electrode 22 having a rectangular pattern are provided on the main surface of the rectangular chip 20. Also, this source electrode
An elongated gate electrode 23 extends between the drain electrode 21 and the drain electrode 22. The portion of the gate electrode 23 that is separated from the source electrode 21 and the drain electrode 22 becomes wider and becomes a wire bonding portion.
Make up 24. The source electrode 21 and the drain electrode 22 are also provided with wire bonding portions 25 and 26.
一方、チップ20の左側には保護ダイオード10、すなわ
ちn+−i−n+で構成されるn+−i−n+ダイオード10が設
けられている。このn+−i−n+ダイオード10は、点線で
示されるように一対のn+形拡散領域2,3とこのn+形拡散
領域2,3間の真性半導体領域(i領域)7とによって構
成されている。また、この真性半導体領域7は二点鎖線
で示されるように電子線照射によって形成されたトラッ
プ領域27ともなっている。また、前記n+形拡散領域2,3
上にはダイオード用電極5,6がそれぞれ設けられてい
る。一方のダイオード用電極5はチップ20の表面上に延
在し、この延在した配線部28は前記ソース電極21に電気
的に接続されている。また、他方のダイオード用電極6
の配線部29はゲート電極23に電気的に接続されている。On the other hand, on the left side of the chip 20 protection diode 10, i.e. composed n + -i-n + diode 10 with n + -i-n + is provided. The n + -i-n + diode 10 is formed by a pair of n + -type diffusion regions 2, 3 and an intrinsic semiconductor region (i-region) 7 between the n + -type diffusion regions 2, 3, as shown by a dotted line. It is configured. The intrinsic semiconductor region 7 also serves as a trap region 27 formed by electron beam irradiation as shown by a two-dot chain line. Further, the n + type diffusion regions 2, 3
Above are provided diode electrodes 5 and 6, respectively. One diode electrode 5 extends on the surface of the chip 20, and the extended wiring portion 28 is electrically connected to the source electrode 21. In addition, the other diode electrode 6
The wiring section 29 is electrically connected to the gate electrode 23.
つぎに、n+−i−n+ダイオード10の構造について詳細
に説明する。すなわち、第1図はn+−i−n+ダイオード
10の構造を示す断面図である。n+−i−n+ダイオード10
は真性な半絶縁性GaAs基板1の表面に一対のn+形拡散領
域2,3を設けることによって形成されている。半絶縁性G
aAs基板1は比抵抗ρが107〜108Ω・cmとなる真性(int
rinsic)半導体となっている。また、前記n+形拡散領域
2,3はこれに反してドナーを入れた外因性(extrinsic)
半導体となっている。Next, the structure of the n + −i−n + diode 10 will be described in detail. That is, FIG. 1 shows an n + -i-n + diode.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of No. 10. n + −i−n + diode 10
Is formed by providing a pair of n + -type diffusion regions 2 and 3 on the surface of an intrinsic semi-insulating GaAs substrate 1. Semi-insulating G
aAs substrate 1 has an intrinsic (int) in which the specific resistance ρ is 10 7 to 10 8 Ω · cm.
rinsic) semiconductor. Further, the n + type diffusion region
A few are extrinsic with donors
It is a semiconductor.
前記n+形拡散領域2,3は第8図に示されるように、半
絶縁性GaAs基板1の主面に選択的に厚さ5000Å程度のSi
O2膜31を設けた後、このSiO2膜31をマスクとしてSiイオ
ン32を打ち込み、かつアニールすることによって第9図
に示されるように形成される。前記Siイオン32の打ち込
みは150KeV,ドーズ量3×1013cm-2として行われる。打
ち込まれたSiイオン32は、800℃のAsを含む雰囲気中で2
0分間アニールされることによって活性化される。活性
化されたSiイオン32は0.1〜0.2μmの深さにまで拡散し
てn+形拡散領域2,3を形成する。前記n+形拡散領域2,3の
シート抵抗は100〜150Ω/□となる。また、前記n+形拡
散領域2とn+形拡散領域3との間lは数μmとなってい
る。As shown in FIG. 8, the n + -type diffusion regions 2 and 3 are selectively formed on the main surface of the semi-insulating GaAs substrate 1 to a thickness of about 5,000 mm.
After the O 2 film 31 is provided, Si ions 32 are implanted using the SiO 2 film 31 as a mask, and annealing is performed, thereby forming the structure as shown in FIG. The implantation of the Si ions 32 is performed at 150 KeV and a dose of 3 × 10 13 cm −2 . The implanted Si ions 32 are placed in an atmosphere containing As at 800 ° C.
Activated by annealing for 0 minutes. The activated Si ions 32 diffuse to a depth of 0.1 to 0.2 μm to form n + -type diffusion regions 2 and 3. The n + -type diffusion regions 2 and 3 have a sheet resistance of 100 to 150 Ω / □. Further, l between the n + -type diffusion region 2 and the n + -type diffusion region 3 has a number of [mu] m.
このように真性な半絶縁性GaAs基板1に所定距離離し
てSiイオン32を打ち込むことによって半絶縁性GaAs基板
1をi(intrinsic)部としたn+−i−n+ダイオード10
の基本形が形成される。By implanting Si ions 32 into the intrinsic semi-insulating GaAs substrate 1 at a predetermined distance in this manner, the n + -i-n + diode 10 having the semi-insulating GaAs substrate 1 as an i (intrinsic) portion.
Is formed.
一方、この実施例では、第1図に示されるように、一
対のn+形拡散領域2,3間のi領域7にトラップ領域27
(点々で示される領域)が設けられていて、第2図のエ
ネルギーバンド図で示されるようにトラップ準位(電子
トラップ準位)33が形成されている。このトラップ準位
33は第10図に示されるように、対応するn+形拡散領域2,
3間の真性半導体領域7部分に電子線34を照射すること
によって形成される。電子線照射は、たとえば、打ち込
みエネルギー0.7〜2MeV,ドーズ量1×1012〜1×1016cm
-2で行われる。この結果、深さが0.2〜0.4μmと前記n+
形拡散領域2,3の略倍となるトラップ領域27が形成され
る。このトラップ領域27のトラップ準位33は、第2図の
エネルギーバンド図に示されるように、伝導帯8の下方
のheVの位置、たとえば、0.2〜0.3eVに位置する。な
お、エネルギーバンド図において、点線で示される部分
がフェルミレベル(FL)であり、8が伝導帯であり、9
は価電子帯である。そして、n+形領域(n+)とi領域と
の界面には電位障壁aが形成される。この電位障壁a
は、GaAsの禁制帯幅が300Kで1.42eVであり、n+形GaAsで
は伝導帯8がフェルミレベルの上方約1eVに位置するこ
とから、約0.6eVとなる。遷移領域は空間電荷制限領域
bと称される。なお、前記電子線照射はダイオード形成
のためにi領域7に特定されて照射されることから、他
の領域には悪影響を及ぼさない。On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the trap region 27 is located in the i region 7 between the pair of n + -type diffusion regions 2 and 3.
(Regions indicated by dots) are provided, and a trap level (electron trap level) 33 is formed as shown in the energy band diagram of FIG. This trap level
Numeral 33 denotes a corresponding n + type diffusion region 2, as shown in FIG.
It is formed by irradiating the portion of the intrinsic semiconductor region 7 between the three with the electron beam 34. The electron beam irradiation is performed, for example, at a driving energy of 0.7 to 2 MeV and a dose of 1 × 10 12 to 1 × 10 16 cm.
-2 . As a result, the depth of the n +
A trap region 27 which is approximately twice as large as the diffusion regions 2 and 3 is formed. As shown in the energy band diagram of FIG. 2, the trap level 33 of the trap region 27 is located at a position of heV below the conduction band 8, for example, 0.2 to 0.3 eV. In the energy band diagram, the portion indicated by the dotted line is the Fermi level (FL), 8 is the conduction band, and 9 is the conduction band.
Is the valence band. Then, the interface between the n + -type region (n +) and the i-region potential barrier a is formed. This potential barrier a
Is about 0.6 eV because the bandgap of GaAs is 1.42 eV at 300 K, and the conduction band 8 is about 1 eV above the Fermi level in n + type GaAs. The transition region is called a space charge limiting region b. Since the electron beam irradiation is specified and applied to the i region 7 for forming a diode, it does not affect other regions.
また、前記n+形拡散領域2,3上には、第11図に示され
るように、ダイオード用電極5,6がAuGe(金・ゲルマニ
ウム)合金によって形成される。これによって保護ダイ
オード11が形成される。On the n + -type diffusion regions 2, 3, diode electrodes 5, 6 are formed of an AuGe (gold / germanium) alloy, as shown in FIG. Thereby, the protection diode 11 is formed.
つぎに、このようなn+−i−n+ダイオード10の動作に
ついて説明する。このn+−i−n+ダイオード10において
は、前記n+形拡散領域2,3間の真性半導体領域(i領
域)7にトラップ準位33を有するトラップ領域27が設け
られている。このため、以下の効果が得られる。従来の
構造のn+−i−n+ダイオードのエネルギーバンド図は、
前述のように第13図に示されるようになる。この場合、
サージ電流が流れる前も、又、流れ始めてもエネルギー
障壁の高さは変わらず、約0.6eV程度である。したがっ
て、従来のダイオードのI−V特性は第14図の如く不変
である。Next, the operation of the n + −i−n + diode 10 will be described. In the n + -in + diode 10, a trap region 27 having a trap level 33 is provided in the intrinsic semiconductor region (i region) 7 between the n + -type diffusion regions 2 and 3. Therefore, the following effects can be obtained. The energy band diagram of the n + -i-n + diode having the conventional structure is as follows.
As described above, the result is as shown in FIG. in this case,
The height of the energy barrier does not change before and after the surge current flows, and is about 0.6 eV. Therefore, the IV characteristic of the conventional diode is unchanged as shown in FIG.
これに対して、本発明のn+−i−n+ダイオード10のエ
ネルギーバンド図は、i領域7にトラップ準位33が存在
している。このトラップ準位33はサージ電流が流れる直
前まで第2図に示す如く、i領域7にトラップ準位33は
存在するが、エネルギー障壁は従来構造の場合と同様に
a、すなわち、約0.6eVである。したがって、サージ電
流が流れ始める瞬時のI−V特性は第4図のようにな
り、第14図で示される従来の場合と同じである。すなわ
ち、本発明のn+−i−n+ダイオード10はサージ電流が流
れる場合以外は従来のものと同一耐圧であり、この保護
ダイオード10が接続されるMESFETには従来のものと変わ
らず何等悪い影響はない。On the other hand, in the energy band diagram of the n + −i−n + diode 10 of the present invention, the trap level 33 exists in the i region 7. As shown in FIG. 2, the trap level 33 exists in the i region 7 until immediately before the surge current flows, but the energy barrier is a, that is, about 0.6 eV, as in the case of the conventional structure. is there. Therefore, the IV characteristic at the moment when the surge current starts to flow is as shown in FIG. 4, which is the same as the conventional case shown in FIG. That is, the n + −i−n + diode 10 of the present invention has the same withstand voltage as the conventional one except when a surge current flows, and the MESFET to which the protection diode 10 is connected is no worse than the conventional one. No effect.
一方、一旦サージ電流が流れ始めると、i領域7のト
ラップ準位33に電子35が捕獲され、エネルギーバンド図
は第3図の如くとなり、電位障壁dは0.1〜0.2eV程度に
下がる。この状態に対応したI−V特性は、第5図に示
す如く、サージ電流の流れ始める前の状態のI−V特性
に比べ、ダイオード耐圧VR′(VR′<VR),−VR′(−
VR′>−VR)が低くなっており、続くサージ電流に対
し、電流がn+−i−n+部分を貫通して通り易くなってい
る。かくして、本発明の構造によれば、n+形拡散領域2,
3とi領域7の対向面積の小さいn+−i−n+ダイオード1
0であってもサージ吸収力の良いダイオードとすること
ができる。On the other hand, once the surge current starts to flow, the electrons 35 are captured by the trap levels 33 in the i-region 7, and the energy band diagram becomes as shown in FIG. 3, and the potential barrier d drops to about 0.1 to 0.2 eV. The I-V characteristic corresponding to this state, as shown in FIG. 5, compared with the I-V characteristic of a state before the start flow of the surge current, the diode breakdown voltage V R '(V R'< V R), - V R ′ (−
V R ′> −V R ), which makes it easier for the subsequent surge current to pass through the n + −i−n + portion. Thus, according to the structure of the present invention, the n + type diffusion region 2,
N + −i−n + diode 1 having a small opposing area between 3 and i region 7
Even if it is 0, a diode having a good surge absorbing power can be obtained.
このような実施例によれば、つぎのような効果が得ら
れる。According to such an embodiment, the following effects can be obtained.
(1) 本発明のn+−i−n+ダイオードは、真性半導体
領域がトラップ準位を有するトラップ領域となってい
て、サージ電流が流れ出すと、前記真性半導体領域のn+
形拡散領域に対する電位障壁は約0.6eVから0.1〜0.2eV
に下がるため、その後のサージ電流が流れ易くなり、サ
ージ吸収力がpn接合ダイオードと同様に高くなるという
効果が得られる。(1) n + -i-n + diode of the present invention, an intrinsic semiconductor region have a trapping region having a trap level, a surge current flows, the intrinsic semiconductor region n +
The potential barrier for the diffusion region is about 0.6 eV to 0.1 to 0.2 eV
Therefore, the following surge current flows easily, and the effect of increasing the surge absorbing power as in the case of the pn junction diode is obtained.
(2) 上記(1)により、本発明のn+−i−n+ダイオ
ードは、サージ吸収力が大きくなるため、MESFETの静電
破壊耐量が向上するという効果が得られる。(2) According to the above (1), the n + -i-n + diode of the present invention has an effect of improving the electrostatic breakdown resistance of the MESFET since the surge absorbing power is increased.
(3) 本発明によれば、制御性の良い電子線照射によ
ってトラップ準位を形成することから、半絶縁性GaAs基
板の電位障壁が変動していても所望のトラップ準位を再
現性良く形成できるという効果が得られる。(3) According to the present invention, since a trap level is formed by electron beam irradiation with good controllability, a desired trap level can be formed with good reproducibility even when the potential barrier of the semi-insulating GaAs substrate fluctuates. The effect that can be obtained is obtained.
(4) 上記(3)により、本発明によれば、再現性良
くトラップ準位を形成できるため、n+−i−n+ダイオー
ドの特性が安定するという効果が得られる。(4) According to the above (3), according to the present invention, a trap level can be formed with good reproducibility, so that the effect of stabilizing the characteristics of the n + -i-n + diode can be obtained.
(5) 上記(4)により、本発明によれば、再現性良
くトラップ準位を形成できるため、歩留りが向上すると
いう効果が得られる。(5) According to the above (4), according to the present invention, a trap level can be formed with good reproducibility, so that the effect of improving the yield can be obtained.
(6) 上記(1)〜(5)により、本発明によれば、
サージ吸収の優れたn+−i−n+ダイオードを提供するこ
とができるとともに、静電破壊耐量が大きい安価な保護
ダイオード付GaAsMESFETを提供することができるという
相乗効果が得られる。(6) According to (1) to (5), according to the present invention,
The synergistic effect that an n + -in + diode excellent in surge absorption can be provided, and an inexpensive GaAs MESFET with a protection diode having a large resistance to electrostatic breakdown can be provided.
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない、たとえば、真性半導体
基板として、GaAs以外の他の半導体を用いても前記実施
例同様な効果が得られる。この場合、Siは真性半導体状
態でも電子が流れ易いので回路上工夫を必要とする。Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the invention. For example, even if a semiconductor other than GaAs is used as the intrinsic semiconductor substrate, the same effect as in the above embodiment can be obtained. In this case, it is necessary to devise a circuit because Si can easily flow electrons even in an intrinsic semiconductor state.
また、前記実施例では電子線照射によってトラップ準
位33を形成したが、プラズマ照射あるいは中性子線照射
等によってトラップ準位33を形成しても良い。In the above embodiment, the trap level 33 is formed by electron beam irradiation. However, the trap level 33 may be formed by plasma irradiation or neutron beam irradiation.
以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である保護ダイオード付
GaAsMESFETの製造技術に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、GaAsIC等の製造技
術に適用できる。In the above description, the invention made mainly by the inventor has been described with the application field of the protection diode as the background of the application.
Although the description has been given of the case where the present invention is applied to the manufacturing technology of the GaAs MESFET, the present invention is not limited to this, and can be applied to the manufacturing technology of the GaAs IC and the like.
本発明は少なくともn+−i−n+ダイオードを組み込ん
だ半導体素子の製造には適用できる。The present invention is applicable to the manufacture of a semiconductor device incorporating at least an n + -in + diode.
本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。The effects obtained by the representative inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
本発明のn+−i−n+ダイオードは半絶縁高抵抗領域と
なる真性半導体領域に、電子線照射による電子トラップ
準位が設けられていることから、サージ電流がこのダイ
オードのn+−i−n+部分を貫通して流れる際、このトラ
ップ準位は電子で充満されるため、真性半導体領域のn+
形拡散領域に対する電位障壁高さが低くなる。したがっ
て、本発明によればサージ電流の貫通裕度が高められ、
静電破壊に対する保護ダイオードの性能を高めることが
できる。Since the n + -i-n + diode of the present invention has an electron trap level provided by electron beam irradiation in the intrinsic semiconductor region serving as a semi-insulating high-resistance region, the surge current causes the n + -i + When flowing through the −n + portion, the trap level is filled with electrons, so that the n +
The height of the potential barrier for the shaped diffusion region is reduced. Therefore, according to the present invention, the surge current penetration margin is increased,
The performance of the protection diode against electrostatic breakdown can be improved.
第1図は本発明の一実施例による保護ダイオード付GaAs
MESFETにおけるn+−i−n+ダイオードの概要を示す断面
図、 第2図は同じくエネルギーバンド図、 第3図は同じくサージ電流が流れた状態におけるエネル
ギーバンド図、 第4図は同じくサージ電流が流れる前の電流−電圧特性
を示すグラフ、 第5図は同じくサージ電流が流れた状態の電流−電圧特
性を示すグラフ、 第6図は同じくFETの概要を示す模式的平面図、 第7図は同じく等価回路図、 第8図はn+−i−n+ダイオードの製造における半絶縁性
GaAs基板主面にイオンが打ち込まれた状態を示す断面
図、 第9図は同じく拡散処理された半絶縁性GaAs基板を示す
断面図、 第10図は電子線が部分的に照射された半絶縁性GaAs基板
を示す断面図、 第11図はダイオード用電極が形成された半絶縁性GaAs基
板を示す断面図、 第12図は従来のn+−i−n+ダイオードの概要を示す断面
図、 第13図は同じくエネルギーバンド図、 第14図は同じく電流−電圧特性を示すグラフである。 1……半絶縁性GaAs基板、2,3……n+形拡散領域、4…
…絶縁膜、5,6……ダイオード用電極、7……真性半導
体領域(i領域)、8……伝導帯、9……充満帯、10…
…n+−i−n+ダイオード(保護ダイオード)、20……チ
ップ、21……ソース電極、22……ドレイン電極、23……
ゲート電極、24……ワイヤボンディング部、25,26……
ワイヤボンディング部、27……トラップ領域、28……配
線部、29……配線部、31……SiO2膜、32……Siイオン、
33……トラップ準位、34……電子線、35……電子。FIG. 1 shows a GaAs with a protection diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an energy band diagram showing the outline of the n + −i−n + diode in the MESFET, FIG. 3 is an energy band diagram showing a state in which a surge current flows, and FIG. FIG. 5 is a graph showing a current-voltage characteristic before flowing, FIG. 5 is a graph showing a current-voltage characteristic when a surge current flows, FIG. 6 is a schematic plan view showing an outline of the FET, and FIG. Similarly, FIG. 8 shows a semi-insulating property in the production of n + −i−n + diode.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which ions are implanted into the main surface of the GaAs substrate. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a semi-insulating GaAs substrate which has also been subjected to diffusion processing. FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a semi-insulating GaAs substrate on which a diode electrode is formed, FIG. 12 is a cross-sectional view showing an outline of a conventional n + −i−n + diode, FIG. 13 is an energy band diagram, and FIG. 14 is a graph showing current-voltage characteristics. 1 ... semi-insulating GaAs substrate, 2,3 ... n + type diffusion region, 4 ...
... Insulating film, 5,6 ... Diode electrode, 7 ... Intrinsic semiconductor region (i-region), 8 ... Conduction band, 9 ... Full band, 10 ...
... n + -in + diode (protective diode), 20 ... chip, 21 ... source electrode, 22 ... drain electrode, 23 ...
Gate electrode, 24 ... Wire bonding part, 25,26 ...
Wire bonding portion, 27 ...... trapping region, 28 ...... wiring portion 29 ...... wiring portion 31 ...... SiO 2 film, 32 ...... Si ions,
33 ... trap level, 34 ... electron beam, 35 ... electron.
Claims (3)
主面に設けられた一対の不純物拡散領域とを有し、前記
一対の不純物拡散領域とこれら不純物拡散領域間の真性
半導体領域はバックトゥバック型のダイオードを構成し
てなる半導体素子であって、前記真性半導体領域はトラ
ップ準位が設けられていることを特徴とする半導体素
子。An intrinsic semiconductor substrate and a pair of impurity diffusion regions provided on a main surface of the intrinsic semiconductor substrate, wherein the pair of impurity diffusion regions and the intrinsic semiconductor region between the impurity diffusion regions are back-to-back. Wherein the intrinsic semiconductor region is provided with a trap level.
けられた一対のn+形拡散領域と、前記一対のn+形拡散領
域間の真性半導体領域の表層部に形成されたトラップ準
位とからなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の半導体素子。2. A semi-insulating GaAs substrate, a pair of n + -type diffusion regions provided on a main surface of the substrate, and a surface layer of an intrinsic semiconductor region between the pair of n + -type diffusion regions. 2. The semiconductor device according to claim 1, comprising a trap level.
線照射によって形成され0.1〜0.2eV程度となっているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体素
子。3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a trap level of said intrinsic semiconductor region is formed by electron beam irradiation and is about 0.1 to 0.2 eV.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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