(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号を入出力する第１、第２端子と、ＲＦ信号を減衰させるための制御電圧が供給される制御端子とを備えた電圧制御抵抗器において、
半導体基板と、
この半導体基板の表面部に形成され、ｎ型不純物が高ドーピングされたソース及びドレイン領域と、
前記第１、第２端子としての機能を行うように前記ソース及びドレイン領域上に形成されたオーム性接触部と、
前記ソース及びドレイン領域間の前記基板の表面部に形成された低ドーピングのｎ型チャンネル領域と、
このチャンネル領域内に基板表面に沿って形成された高抵抗ｐ型制御ゲートと、
前記基板の表面部に形成され、前記高抵抗ｐ型制御ゲートに制御電圧を供給する高抵抗接続部とを具備し、
前記高抵抗ｐ型制御ゲートは、前記ｎ型チャンネル領域内にｐ型不純物をイオン注入して形成され、不純物濃度を制御することにより高抵抗、すなわち、該ゲートの抵抗と空乏領域キャパシタンスよりなる時定数を長くして、該ゲートが前記制御電圧の変化に対しては応答性を有するが、ソース／ドレイン領域間ＲＦ信号電圧の変化に対しては非応答となるように高抵抗で形成され、
前記高抵抗接続部は、前記ｐ型制御ゲートから離隔して前記基板の表面部にｐ型不純物のイオン注入により形成されたｐ型接触領域と、前記基板の表面部にｐ型不純物のイオン注入により形成され、前記ｐ型制御ゲートと前記ｐ型接触領域とを結合するｐ型抵抗器と、前記制御端子としての機能を行うように前記ｐ型接触領域上に形成されたオーム性接触部とからなり、前記ｐ型抵抗器によって、長い時定数を維持するように高抵抗に形成されることを特徴とするブートストラップゲート電界効果トランジスタを用いた電圧制御抵抗器。
【請求項２】
前記半導体基板はガリウム砒素基板であることを特徴とする請求項１記載のブートストラップゲート電界効果トランジスタを用いた電圧制御抵抗器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブートストラップゲート電界効果トランジスタ及びその電界効果トランジスタを用いた電圧制御抵抗器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くのマイクロウェーブ回路は、受信信号の振幅を制御するため、電圧制御される抵抗器を必要とする。例えば、セルラーフォン(cellular  phone) で受信された信号の振幅は送信機からの距離に依存する。強い信号は次段以後の処理動作のために減衰させる必要がある。
一般的に、制御信号周波数は信号周波数よりも小さい大きさである。例えば、セルラーフォンにおいて、制御電圧は自動車の移動に起因する信号強度の変化に応答性を有する必要があり、ミリ秒のオーダーでの応答時間を有する必要がある。この時、一般に、無線周波数（ＲＦ）信号は、メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数帯においてはマイクロ秒で振幅が変化し、ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数帯においてはナノ秒で振幅が変化する。
【０００３】
集積回路は、半導体装置としての機能を有する電圧制御抵抗器を必要とする。その電圧制御抵抗器の有効な装置の一つとしてＰ−Ｉ−Ｎダイオードが上げられる。しかし、この装置は高動作電流を必要とするため、低電力を必要とする消費者の携帯装置には適さない。
【０００４】
他の有用な電圧制御抵抗器の装置としては、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）が上げられる。図６は電圧制御抵抗器として構成されたＭＥＳＦＥＴの断面図である。図６において、ＭＥＳＦＥＴ１１はソース領域１２及びドレイン領域１３、チャンネル領域１４及び金属ゲート１５を有する。ソース及びドレイン金属端子１６，１７はソース及びドレイン領域１２，１３にオーミック的に結合されている。金属ゲート１５はチャンネル領域１４と共にショットキー接触部を形成する。
【０００５】
このようなＭＥＳＦＥＴが電圧制御抵抗器として動作するとき、ソース及びドレイン金属端子１６，１７は抵抗器のＲＦ端子としての機能を果たす。金属ゲート１５は制御電圧の振幅により制御された深さを有する空乏領域１８をゲート下部に生成するように制御電圧に接続されている。ゲート電圧が負方向に増加するとき空乏領域はチャンネル領域１４内に深く形成され、それによって電流が流れる断面区域が減少し、チャンネルの抵抗が増加する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のＭＥＳＦＥＴにおいて、周知の如く、キャパシタンスはゲート下部に形成された空乏領域に関連されている。ＭＥＳＦＥＴのソース及びドレイン金属端子１６，１７に結合された高周波信号は二つの成分、即ち、チャンネルを通過するメイン成分Ｍと、空乏キャパシタンス、低抵抗金属ゲートを通過しチャンネルに戻る不所望の信号成分ＵＷとに分かれる。空乏キャパシタンスを通過する不所望の信号成分ＵＷは信号周波数でチャンネル抵抗を変調させ、その結果、歪みを発生させる。
【０００７】
GaAs IC Symposium, 0-7803-2966-X/95 の文献に開示されたベイランス(Bayruns）らによる The BootstrappedGate FET(BGFET) - A New Control Transistor は、上記のような問題を解決する方法を示している。しかるに、このＦＥＴでは、ｐ型ゲートをチャンネル下部に注入形成しており、好ましい構造ではない。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、電圧制御抵抗器に使用できるような改善されたブートストラップゲート電界効果トランジスタを提供しようとするものである。さらに、本発明の目的は、集積回路に有効に利用できる半導体装置の形態を有する効果的なブートストラップゲート電界効果トランジスタを用いた電圧制御抵抗器を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し上記目的を達成するために本発明の一つの特徴によると、電圧制御抵抗器は高抵抗のｐ型制御ゲートを具備した電界効果トランジスタを含む。高抵抗ゲートは、可変コンダクタンスチャンネルの制御電極を、ソース及びドレイン無線周波数（ＲＦ）信号端子特性から非干渉化（デカップリング）する。このような方法による制御信号及びＲＦ信号の非干渉化は、電圧制御抵抗器として用いられたＦＥＴに共通的に発生する信号歪みの主な原因を除去する役割をする。
本発明の他の特徴によると、チャンネル領域及びゲートの不純物ドーピング濃度が制御される。その結果、ゲートは動作中に充分に空乏化される。
本発明の更に他の特徴によると、半導体基板上にｐ型制御ゲート、ｎ型チャンネル領域、ｎ型ソース領域及びｎ型ドレイン領域がイオン注入により形成される。特に、ｐ型制御ゲートは、ｎ型チャンネル領域内に基板の表面に沿っ形成され、集積回路に好ましい構造である。
本発明の更に他の特徴によると、制御ゲートはイオン注入されたｐ型抵抗器を通して制御信号に結合される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は電界効果トランジスタおよび電圧制御抵抗器としての半導体装置を示す断面図である。この半導体装置は、半導体基板としてのガリウム砒素基板２１の表面部にｎ型不純物の高ドーピングイオン注入によってソース領域２２及びドレイン領域２３が形成される。また、このソース領域２２及びドレイン領域２３間の基板２１表面部には、ｎ型不純物の低ドーピングイオン注入によって可変抵抗チャンネル領域２４が形成される。この可変抵抗チャンネル領域２４内には、基板２１の表面に沿って、ｐ型不純物のイオン注入によって高抵抗ｐ型制御ゲート２５が形成される。前記ソース領域２２及びドレイン領域２３の表面には、ＲＦ信号を入出力する第１、第２端子としてのオーム性接触のソース電極２６及びドレイン電極２７が形成される。
【００１１】
このような装置において、ｐ型制御ゲート２５は負制御電圧の端子に結合される。結合法は後で詳述する。ソース電極２６及びドレイン電極２７は、ＲＦ信号電圧に結合される。ｐドーピングされた制御ゲート２５とｎドーピングされたチャンネル領域２４間に形成された接合部間の空乏領域の形成に起因して制御ゲート２５が高く空乏化される。制御ゲート２５のこのような空乏、及びホールの移動度が相当に低いという事実は、制御ゲート２５が高抵抗であるからである。
【００１２】
図１の装置の動作を説明する。チャンネル抵抗はｐ型制御ゲート２５に逆バイアスを供給することにより変調される。ｐ型制御ゲート２５とｎ型チャンネル領域２４間に形成されたｐｎ接合の逆バイアスが増加すると、移動キャリヤ（電子）が完全に枯渇したｎ型チャンネルの領域が増加し、空乏されないｎ型チャンネルの領域が減少し、ソース領域２２からドレイン領域２３への抵抗が増加する。
制御信号の役割はチャンネルの抵抗を制御するためのものである。ソース電極２６及びドレイン電極２７の信号電極は、制御信号の値に依存して変化するＲＦ信号を供給及び出力するために用いられる。
【００１３】
ｐ型制御ゲート２５は空乏領域キャパシタンス（図示せず）を経由してチャンネルに結合されている。ブートストラップ時定数は空乏領域キャパシタンス及び制御ゲート２５の抵抗により決定され、次の式に与えられる。
ｔbootstrap ＝Ｒgate×Ｃgate' 
前記ブートストラップ周波数以上のＲＦ信号周波数のため、ブートストラップ周波数は次の式により定義される。
ｆsignal≫１／ｔbootstrap'
ＲＦ信号は、チャンネルに従い任意の場所に形成された空乏領域を横切る電圧を変化させることができないため、制御信号から非干渉化される。
上述のように、制御信号の一般的な変化はミリ秒単位に発生し、ＲＦ信号電圧の変化はマイクロ秒或いはナノ秒単位に発生する。制御ゲート２５の高抵抗は制御電圧の変調度に比べて短い時定数を発生させて、制御ゲート２５は制御信号に応答性を有する。しかし、合成時定数は信号電圧の変化分に比べ長いため、制御ゲート２５は信号電圧の変化に応答性を有しない。
【００１４】
上述のように、ｐ型制御ゲート２５に対する接続部は、低ブートストラップ周波数を維持するように高抵抗になるべきである。制御ゲート２５の配列及び内部接続は図２および図３に図示される。図３は図２の“Ａ" 部分の詳細図である。
図３に示すように、制御ゲート２５は、ガリウム砒素基板２１に形成されたチャンネル領域２４内にイオン注入で形成されている。この制御ゲート２５から離隔してガリウム砒素基板２１の表面部所定個所には、図２に示すように、ｐ型不純物のイオン注入でｐ型接触領域２８が形成される。このｐ型接触領域２８の表面には、制御電圧が供給される制御端子としてのオーム性電極（オーム性接触部）２９が形成される。また、ｐ型接触領域２８と制御ゲート２５間の基板２１表面部には、ｐ型接触領域２８と制御ゲート２５とを結合するように、ｐ型イオン注入領域でｐ型抵抗器３０が形成される。このｐ型抵抗器３０とｐ型接触領域２８（高抵抗接続部）を使用することにより、ｐ型制御ゲート２５の抵抗を増加させ得る。実際に、ｐ型抵抗器３０とｐ型接触領域２８は、制御電圧信号に対する制御ゲート２５の応答性を増加させるようにイオン注入で形成することができる。
【００１５】
図４は、ｐ型制御ゲート２５とｎ型チャンネル領域２４間のｐｎ接合を形成するための不純物注入濃度に関連したグラフを示すものである。このグラフに示した不純物濃度（cm-3）は垂直軸に従い測定され、距離（Å）は水平軸に従い測定された。実線50はｎ型不純物濃度を示し、点線52はｐ型不純物濃度、点線54は濃度差を示す。これから分かるように、ｐ型制御ゲート２５は、基板２１の表面から約1000Åの深さに形成されている。
【００１６】
図５は、図４に示したドーピングレベルにおいての、制御ゲート２５上の種々の位置における信号電圧/ 制御電圧干渉（カップリング）状態を示すもので、周波数は水平軸にとってある。電圧干渉は略１ＧＨｚでゼロとなる。
【００１７】
以上本発明の実施の形態について詳述した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の代替的な技術を適用して実施することができる。例えば、上記実施の形態においては半導体基板としてガリウム砒素基板を用いたが、シリコン基板を使用することもできる。また、ドーピングレベル及び幾何学的な数値も変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図。
【図２】図１の装置の平面図。
【図３】図２の“Ａ" 部分の詳細図。
【図４】不純物注入濃度の特性図。
【図５】電圧干渉対周波数の特性図。
【図６】従来のＭＥＳＦＥＴの断面図。
【符号の説明】
２１  ガリウム砒素基板
２２  ソース領域
２３  ドレイン領域
２４  チャンネル領域
２５  ｐ型制御ゲート
２６  ソース電極
２７  ドレイン電極
【図１】
0004465052.tif 000002
【図２】
0004465052.tif 000003
【図３】
0004465052.tif 000004
【図４】
0004465052.tif 000005
【図５】
0004465052.tif 000006
【図６】
0004465052.tif 000007