[发明专利]减少了延迟变动的场效应晶体管

说明书

本发明是富士通株式会社于1997年1月17日递交的、申请号为97102274.7、发明名称为“减少了延迟变动的场效应晶体管”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及一种使用III-V族化合物半导体的场效应晶体管，更详细地说，涉及一种适于逻辑电路结构的场效应晶体管。

在近来的数据处理领域中，很需要能进行更快速的逻辑运行的器件。已在进行关于以使用化合物半导体(例如，GaAs等)的场效应晶体管来代替硅器件的可行性的研究。

在用于如手持电话的放大器的化合物半导体器件(例如，微波级场效应晶体管和HEMT等)的情况下，逻辑部分的进一步集成需要使用化合物半导体的逻辑级场效应晶体管。    

图1是说明使用化合物半导体的常规场效应晶体管的一个图；A部分表示平面图，B部分表示沿XX-XX线穿过A部分取的一个截面图。

在该图中，101表示化合物半导体层，在该说明中，该层由半绝缘GaAs构成。顺便说说，化合物半导体层101有时是指在由化合物半导体构成的衬底上形成的层，在另一些场合下是指构成化合物半导体衬底本身的层。102表示已在其中引入p型杂质的阱区。103表示已在其中引入n型杂质的沟道区。104表示已在其中以高于沟道区的浓度引入n型杂质的LDD区。105表示源区和106表示漏区，这两者已在其中以高于LDD区104的浓度引入n型杂质。107表示源电极和108表示漏电极，这两者分别以欧姆接触方式连接到源区和漏区。109表示栅电极，它与沟道区103的上面保持肖特基接触。

如从图1A可清楚地看到的，栅电极109设有用109a表示的伸出部分。基于下述原因对该晶体管设置该伸出部分109a。在源电极107和漏电极108之间，沿着这些区的边界或在该边界之外的化合物半导体层(半绝缘GaAs层)101已在其中形成了载流子进行移动的微小的沟道，这样就在包含n型杂质的沟道区103之外产生短沟道效应。因而，希望通过栅电极109延伸到化合物半导体层101上而形成的伸出部分109a施加一个栅电场于穿过微小沟道移动的载流子上，从而抑制短沟道效应的产生。

栅电极109还设有栅极压焊区部分109b，将必要的导线连接于其上。

阱区102具有与沟道区103相反的导电性，由于其与沟道区103的pn结，它起到预防载流子从沟道区103漏泄到化合物半导体层101的可能性的作用，并减小短沟道效应。

由如上所述的这种化合物半导体构成的场效应晶体管有望在高速算术运算中得到应用，这是因为在该半导体晶体中载流子的移动速度与硅器件相比高很多。

虽然使用化合物半导体的场效应晶体管如上所述能进行高速操作，但存在其静态特性，特别是在低频下，发生变动的问题。

具体地说，该晶体管引起在低频区的漏电流、跨导和漏电导的分散，其结果是使该晶体管的转变点发生分散(对于高-低或低-高转变的定时)。这种分散称之为“延迟变动”。

在逻辑电路中这个问题特别严重。这是因为，除非上述的转变点是恒定的，否则形成逻辑电路的元件不能以所期望的准确度执行逻辑操作。一般来说，通过扩大逻辑运算的定时容差来减少延迟变动。这个办法导致在电路工作方面受到附加的定时容差的影响，从而造成使用化合物半导体的场效应晶体管不能实现其固有的特性，即高速工作的问题。

这种延迟变动是使用化合物半导体所特有的现象。当如在硅器件中那样使用由单一元素构成的晶体时，这种延迟变动事实上不发生。将延迟变动的适当关系的容差加到逻辑电路的设计中是使用化合物半导体的场效应晶体管所特有的问题。

本发明的一个目的是解决上述的问题和研制出一种其延迟变动减少到最低的可能限度的场效应晶体管。

在开始寻求延迟变动的起因的研究之前，本发明者形成了一种理论：延迟变动的主要起因不是存在于提供大部分载流子移动的沟道区内，而是在被界定为沟道区的区域之外，并且本发明者对该理论进行了各种不同的试验。这些试验的内容将在以下要给出的部分“优选实施例的描述”中详细地进行描述。通过这些试验的结果，本发明者已发现，通过在化合物半导体层中形成阱区从而将栅电极的伸出部分包围于其中，可显著地减少延迟变动。现在上述的本发明的目的是通过形成具备该阱区的场效应晶体管来达到。

本发明还通过以包围从源区和漏区伸出的源电极和漏电极的部分的方式来形成该阱区，得到延迟变动更为减少的场效应晶体管。可使得这种类型的、具备其宽度大于栅电极的栅极压焊区的场效应晶体管，通过以包围该栅极压焊区的方式形成阱区，来进一步抑制延迟变动。