DD244853A1 - MIS TRANSISTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung findet bei der Herstellung von Hochfrequenz-Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode aus Polysilizium Anwendung. Ziel der Erfindung ist es, MIS-Transistoren mit Gate-Selbstjustage fuer HF-Anwendungen herzustellen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches auf Basis der Siliziumgatetechnologie die Selbstjustage der Gateelektrode auf den zwischen Source und Drain liegenden Kanalbereich ermoeglicht und bei dem gleichzeitig ein sehr niedriger Gate-Bahnwiderstand realisiert werden kann, ohne dass der Einsatz neuartiger Materialien gegenueber dem Standard-Siliziumgate-Prozess erforderlich wird. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe durch ein Siliziumgate-Verfahren geloest, bei dem nach der Abscheidung der Polysiliziumschicht eine oxydationsmaskierende Schicht abgeschieden wird, die im anschliessenden fotolithografischen Verfahrensschritt zusammen mit der Poly-Siliziumschicht strukturiert wird, und nach der Dotierung der Source-Drain-Gebiete eine zusaetzliche Siliziumaetzung durchgefuehrt wird, dem eine intensive thermische Oxydation folgt und vor der Metallisierung, bei der das Polysiliziumgate ueber eine Metallbahn in voller Laenge kontaktiert wird, die oxydationsmaskierende Schichte mittels grossflaechiger Ueberaetzung in selektiv wirkendem Aetzmittel wieder entfernt wird.The invention finds application in the manufacture of polysilicon insulated high frequency field effect transistors. The aim of the invention is to produce MIS transistors with gate self-alignment for RF applications. The invention has for its object to provide a method which allows based on the silicon gate technology Selbstjustage the gate electrode on the lying between the source and drain channel region and at the same time a very low gate resistance can be realized without the use of novel materials against the standard silicon gate process is required. According to the invention, this object is achieved by a silicon gate method in which, after deposition of the polysilicon layer, an oxidation-masking layer is deposited, which is patterned together with the poly-silicon layer in the subsequent photolithographic process step, and an additional one after doping of the source-drain regions Siliciumaetzung is carried out, followed by an intensive thermal oxidation and prior to metallization, in which the Polysiliziumgate is contacted over a metal track in full length, the oxidation-masking layer is removed by means of grossflächchiger Überreetzung in selectively acting etching agent again.
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung findet bei der Herstellung von Hochfrequenz-Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode aus Polysilizium Anwendung.The invention finds application in the manufacture of polysilicon insulated high frequency field effect transistors.
Die Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit von MIS-Transistoren erfordert neben der Verkürzung ihrer elektrisch wirksamen Kanallänge eine Reduzierung parasitärer Kapazitäten insbesondere der Gateelektrode.Increasing the operating speed of MIS transistors requires, in addition to the shortening of their electrically effective channel length, a reduction of parasitic capacitances, in particular of the gate electrode.
Es ist bekannt, zur Verringerung parasitärer Gatekapazität sogenannte Selbstjustagetechnologie, wie z. B. die Siliziumgatetechnologie zu verwenden. Dabei dient die Gateelektrode selbst als Dotiermaske bei der Erzeugung der Source-und Draingebiete und liegt damit exakt über dem Transistorkanal. Dadurch wird der Transistorkanal einerseits sicher überdeckt und volle Steuerwirkung ist gewährleistet, andererseits sind die Überlappungskapazitäten zur Source und Drain nur bedingt durch die Unterdiffusion relativ gering.It is known to reduce parasitic gate capacitance so-called self-adjustment technology, such. B. to use the silicon gate technology. The gate electrode itself serves as a doping mask in the generation of the source and drain regions and thus lies exactly above the transistor channel. As a result, the transistor channel is on the one hand safely covered and full control effect is ensured, on the other hand, the overlap capacitances to the source and drain are only relatively low due to the under-diffusion.
Die Unterdiffusion läßt sich minimieren, wenn man zur Dotierung die Ionenimplantation verwendet und die daran anschließende Temperaturbelastung gering hält.Subdiffusion can be minimized by using ion implantation for doping and keeping the subsequent temperature load low.
Die Verwendung von Polysilizium als Gateelektrode hat jedoch den Nachteil, daß der relativ hohe Schichtwiderstand des dotierten Polysiliziums längere Gatebahnen für Hochfrequenztransistoren nicht zuläßt.However, the use of polysilicon as a gate electrode has the disadvantage that the relatively high sheet resistance of the doped polysilicon does not permit longer gate paths for high-frequency transistors.
Der Schichtwiderstand des Polysiliziums läßt sich durch Einlegieren eines Metallfilms (Bildung von Metallsilizid) so verringern, daß, wie von Klaassen in Solid State Electronics, 23 (1980) 23 beschrieben, über Mehrfachkontaktierung ca. 1 mm lange Gatebahnen für HF-Transistoren ermöglicht werden. Nachteile dieser Technologievariante sind die größeren Abweichungen von den Standardtechnologien und die höhere Kompliziertheit.The sheet resistance of the polysilicon can be reduced by alloying a metal film (formation of metal silicide) so that, as described by Klaassen in Solid State Electronics, 23 (1980) 23, about 1 mm long gate paths for RF transistors are made possible by Mehrfachkontaktierung. Disadvantages of this technology variant are the larger deviations from the standard technologies and the higher complexity.
Eine Selbstjustagetechnologie bei niedrigem Gate-Bahnwiderstand unter Verwendung hochschmelzender Metalle als Gateelektrode wurde von Brown in Solid State Technol. 1-5(1972)33 beschrieben. Danach sind ebenfalls HF-Transistoren herstellbar. Nachteilig hierbei ist jedoch die geringe Beständigkeit der Gatemetalle bei Hochtemperaturprozessen, insbesondere deren hohe Oxydationsrate.A low gate resistive self-aligning technology using refractory metals as a gate electrode has been proposed by Brown in Solid State Technol. 1-5 (1972) 33. Thereafter, RF transistors are also produced. The disadvantage here, however, is the low resistance of the gate metals in high-temperature processes, in particular their high oxidation rate.
Eine weitere Selbstjustagevariante ist die von Shannon in Philips Technische Rundschau 31 (1970/71) 278 beschriebene Technologie mit Selbstjustageimplantation, wobei das Aluminiumgate als Dotiermaske wirkt. Danach sind allerdings nur Temperaturbelastungen unter 570°C möglich, bei denen die Strahlenschäden von der Implantation nicht voll ausheilen wodurch die Bauelementeeigenschaften nachteilig beeinflußt werden.Another self-alignment variant is the Self-Alignment Implant Technology described by Shannon in Philips Technical Review 31 (1970/71) 278, the aluminum gate acting as a dopant mask. Thereafter, however, only temperature loads below 570 ° C are possible in which the radiation damage from the implantation does not fully heal, whereby the device properties are adversely affected.
Es ist Ziel der Erfindung, MIS-Transistoren mit Gate-Selbstjustage für HF-Anwendungen herzustellen.It is an object of the invention to fabricate MIS transistors with gate self-alignment for RF applications.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches auf Basis der Siliziumgatetechnologie die Selbstjustage der Gateelektrode auf den zwischen Source und Drain liegenden Kanalbereich ermöglicht und bei dem gleichzeitig ein sehr niedriger Gate-Bahnwiderstand realisiert werden kann, ohne daß der Einsatz neuartiger Materialien gegenüber dem Standard-Siliziumgate-Prozeß erforderlich wird.The invention has for its object to provide a method which allows based on the silicon gate technology Selbstjustage the gate electrode on the lying between the source and drain channel region and at the same time a very low gate resistance can be realized without the use of novel materials over the standard silicon gate process is required.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Siliziumgate-Verfahren gelöst, bei dem der Abscheidung des Polysiliziums für das Gate die Abscheidung einer zusätzlichen Schicht, z. B. Siliziumnitrid folgt, die im anschließenden fotolithografischen Schritt zusammen mit der Polysiliziumschicht strukturiert wird, so daß bei der darauffolgenden Source-Drain-Dotierung, welche vorzugsweise mittels Arsen-Implantation ausgeführt wird, die Doppelschicht aus Polysilizium und Siliziumnitrid als Dotiermaske für den Kanalbereich wirkt.According to the invention, this object is achieved by a silicon gate method in which the deposition of the polysilicon for the gate, the deposition of an additional layer, for. As silicon nitride follows, which is structured in the subsequent photolithographic step together with the polysilicon layer, so that in the subsequent source-drain doping, which is preferably carried out by arsenic implantation, the double layer of polysilicon and silicon nitride acts as a dopant mask for the channel region.
Erfindungsgemäß wird nach der Implantation durch Steuerung einer zusätzlichen Siiiziumätzung die Bahnbreite der Siliziumgatebahn so gezielt verringert, daß am fertigen Bauelement von der Siliziumgatebahn nur der zu steuernde Kanal überdeckt wird und Überlappungskapazitäten sehr niedrig sind.According to the invention, the track width of the silicon gate track is so deliberately reduced after implantation by controlling an additional Siiiziumätzung that the finished device of the silicon gate only the channel to be controlled is covered and overlap capacities are very low.
Mittels einer Fotolackmaske, die eine Kante der Siliziumgatebahn abdeckt, läßt sich die zusätzliche Siliziumätzung so ausführen, daß die Siliziumgatebahn nur einseitig definiert seitlich abgeätzt wird, wie es bei DMOS-Transistoren günstig ist.By means of a photoresist mask, which covers an edge of the silicon gate, the additional silicon etch can be carried out so that the silicon gate is only laterally etched defined side, as it is favorable in DMOS transistors.
Es ist wesentlich, daß dem zusätzlichen Siliziumätzschritt eine intensive Oxydation folgt, bei welcher die auf dem Polysilizium befindliche Schicht als Oxydationsbarriere wirkt. Durch die Oxydation wird über den Diffusionsgebieten ein dickes Oxid erzeugt, und außerdem die Siliziumgatebahn seitlich anoxydiert, was ebenfalls der Reduzierung der Gatekapazität dient.It is essential that the additional silicon etching step be followed by intensive oxidation in which the layer on the polysilicon acts as an oxidation barrier. The oxidation creates a thick oxide over the diffusion regions, and also anoxides the silicon gate laterally, which also serves to reduce gate capacitance.
Erfindungsgemäß wird die zusätzliche Schicht mittels eines großflächigen Ätzschrittes in selektiv wirkendem Ätzmittel vor der Metallisierung entfernt und dadurch die Siliziumgatebahn freigelegt. Es ist wesentlich, daß im weiteren Metallisierungs- und Strukturierungsprozeß über der Siliziumgatebahn eine Metallbahn erzeugt wird, die den niedrigen Gate-Bahnwiderstand bewirkt.According to the invention, the additional layer is removed by means of a large-area etching step in selectively acting etchant prior to the metallization, thereby exposing the silicon gate. It is essential that in the further metallization and structuring process over the silicon gate, a metal track is created, which causes the low gate resistance.
Durch das dicke Oxid über den Diffusionsgebieten werden Überlappungskapazitäten der Metallelektrode klein gehalten, so daß die Anforderungen an die Qualität der Metallstrukturierung aus dieser Sicht gering sind.Owing to the thick oxide over the diffusion regions, overlapping capacities of the metal electrode are kept small, so that the requirements on the quality of the metal structuring are low from this point of view.
Ebenfalls der Reduzierung des Gate-Bahnwiderstandes dient die Dotierung des Polysiliziums, die gleich bei der Abscheidung oder in einem Dotierschritt danach ausgeführt werden kann.The doping of the polysilicon, which can be carried out at the same time as the deposition or in a doping step, also serves to reduce the gate-to-substrate resistance.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Figur 1 bis Figur 7 den schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen DMOS-Transistors in wesentlichen Bearbeitungsetappen.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings, Figure 1 to Figure 7 show the schematic cross section of a DMOS transistor according to the invention in substantial processing stages.
Auf der Oberfläche eines aus hochohmigem p-Silizium bestehenden Halbleitersubstrates 1 wird ein thermisches Oxid 2 von 75nm erzeugt. Aus dieser Oxidschicht wird eine niederohmige phosphordotierte Poly-Si-Schicht 3 von 300 nm Dicke abgeschieden und auf dieser wiederum wird eine ca. 200nm starke Si3N4-Schicht 4 abgeschieden. (Figur 1) Durch einen fotolithografischen Prozeß werden die Diffusionsgebiete freigelegt, wobei mittels Plasmaplanarätzen die Si3N4-Schicht 4 und die Poly-Si-Schicht 3 in einem Schritt geätzt werden. (Figur 2)On the surface of a semiconductor substrate 1 made of high-resistance p-silicon, a thermal oxide 2 of 75 nm is produced. From this oxide layer, a low-resistance phosphorous-doped poly-Si layer 3 of 300 nm thickness is deposited and on this again a about 200nm thick Si 3 N 4 layer 4 is deposited. (Figure 1) The diffusion regions are exposed by a photolithographic process, wherein the Si 3 N 4 layer 4 and the poly-Si layer 3 are etched in one step by means of plasma planar etching. (Figure 2)
Mittelseines bekannten Verfahrens (nach DD-WP 222731) werden nun die Source-und Draingebiete dotiert und später die simultaneTiefendiffusion zur Erzeugung eines Kurzkanals durchgeführt. Dazu wird in einem weiteren fotolithografischen Schritt eine Lackmaske 5 auf der Siliziumscheibe erzeugt, die nur Öffnungen über den Sourcegebieten aufweist. Der Lack verhindert bei der anschließenden Borimplantation 6 die Dotierung des Draingebietes (Figur 3).By means of a known method (according to DD-WP 222731), the source and drain regions are now doped and later the simultaneous deep diffusion is carried out to produce a short channel. For this purpose, in a further photolithographic step, a resist mask 5 is produced on the silicon wafer, which has only openings above the source regions. In the subsequent boron implantation 6, the lacquer prevents the doping of the drain region (FIG. 3).
Anschließend wird die Lackmaske 5 entfernt und die Arsendotierung 7 der Diffusionsgebiete vorgenommen (Figur 4).Subsequently, the resist mask 5 is removed and the arsenic doping 7 of the diffusion regions is performed (FIG. 4).
Nach der Implantation der beiden Dotiersubstanzen 6 und 7 wird eine weitere Lackmaske 8 erzeugt, die jetzt nur Öffnungen über den Draingebieten aufweist. Drainseitig wird nun das PoIy-Si- so weit abgeätzt (Si3N4 wird unterätzt), daß ein Polysiliziumsteg mit minimaler Triftgebietüberlappung verbleibt (Figur 5).After the implantation of the two dopants 6 and 7, a further resist mask 8 is produced, which now only has openings over the drain regions. On the drain side, the poly-Si is now etched away so far (Si 3 N 4 is undercut) that a polysilicon web remains with minimum drift area overlap (FIG. 5).
Die Lackmaske 8 wird wieder entfernt, und es folgt die simultane Tiefendiffusion beider Dotiersubstanzen 6 und 7, die derart durchgeführt wird, daß eine Eindringtiefe für das Arsen von ca. 2μ,Γη und für Bor von ca. 3//.m realisiert werden. Bei der Diffusion entsteht das gewünschte Doppeldotierungsprofil aus n+-Gebiet 10a und p-Gebiet 11 sourceseitig sowie das einfachdotierte Drain-n+-Gebiet 10b. Danach wird durch die Erzeugung eines dicken thermischen Oxides 9 das Poly-Si-Gate 12 eingebettet und gleichzeitig weiter in seiner Stegbreite verringert (Figur 6).The resist mask 8 is removed again, and the simultaneous depth diffusion of both dopants 6 and 7 follows, which is carried out in such a way that a penetration depth for the arsenic of about 2μ, ηη and for boron of about 3 μm is realized. During diffusion, the desired double doping profile arises from n + region 10a and p region 11 on the source side, as well as the singly doped drain n + region 10b. Thereafter, the production of a thick thermal oxide 9, the poly-Si gate 12 is embedded and simultaneously reduced further in its ridge width (Figure 6).
Nach der Oxidation werden mittels Fotochemie die Kontaktgebiete für Source und Drain freigelegt, sowie durch großflächiges Überätzen die Si3N4-SChIClIt entfernt und somit das Polysiliziumgate freigelegt.After the oxidation, the contact areas for the source and drain are exposed by means of photochemistry, and the Si 3 N 4 -SChIClIt removed by large over-etching, thus exposing the polysilicon gate.
Anschließend wird die Siliziumscheibe mit Al-bedampft und die Anschlußelektroden für Source 13, Gate 14 und Drain 15 strukturiert. Die Al-Bahn wird dabei über die gesamte Länge der Polysiliziumelektrode gezogen um den Leitbahnwiderstand weitgehendst zu senken.Subsequently, the silicon wafer is vapor-deposited with Al and the connection electrodes for source 13, gate 14 and drain 15 are patterned. The Al-web is pulled over the entire length of the polysilicon electrode in order to reduce the track resistance as far as possible.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD28542585A DD244853A1 (en) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | MIS TRANSISTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
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DD28542585A DD244853A1 (en) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | MIS TRANSISTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Publications (1)
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DD244853A1 true DD244853A1 (en) | 1987-04-15 |
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Family Applications (1)
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DD28542585A DD244853A1 (en) | 1985-12-24 | 1985-12-24 | MIS TRANSISTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
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DD (1) | DD244853A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5364807A (en) * | 1993-05-14 | 1994-11-15 | Goldstar Electron Co., Ltd. | Method for fabricating LDD transitor utilizing halo implant |
-
1985
- 1985-12-24 DD DD28542585A patent/DD244853A1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5364807A (en) * | 1993-05-14 | 1994-11-15 | Goldstar Electron Co., Ltd. | Method for fabricating LDD transitor utilizing halo implant |
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