DE1295698B

DE1295698B - Verfahren zur Formierung eines Feldeffekttransistors

Info

Publication number: DE1295698B
Application number: DEK53316A
Authority: DE
Inventors: Ono Minoru
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1963-06-24
Filing date: 1964-06-24
Publication date: 1969-05-22
Also published as: US3419766A; GB1071383A; DE1489055B2; NL6407158A; GB1071384A; DE1489055A1; NL6407180A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formie- läuterung einer Ausführungsform des oben beschrierung eines Feldeffekttransistors mit einer Strom- benen Formierungsverfahrens, Zuleitungszone, einer an ihr angebrachten Zuleitungs- Abb. 2 einen schematischen Schnitt durch einen

elektrode, einer Stromableitungszone, einer an ihr nach diesem Verfahren formierten Feldeffekttranangebrachten Ableitungselektrode, einem die Strom- 5 sistor,

zuleitungs- und die Stromableitungszone verbinden- Abb. 3 (a) und 3 (b) grafische Darstellungen von

den Oberflächenleitungskanal, einer den Oberflächen- Kennlinien des Feldeffekttransistors nach Abb. 2 leitungskanal abdeckenden Isolatorschicht und einer bei unterschiedlicher Polung, auf derselben befindlichen Torelektrode. A b b. 4 eine schematische Darstellung der Schich-

Es hat sich gezeigt, daß man bei Überdeckung der io ten und Feldstärkewerte in einem Feldeffekttransistor Oberfläche eines Halbleiterkörpers mit einer Isolator- während der oben beschriebenen Formierung und schicht, beispielsweise einer Siliziumdioxidschicht, Abb. 5 eine grafische Darstellung der Kennlinie

bei entsprechender Steuerung der Herstellung unter- eines Feldeffekttransistors, der nicht nach dem oben halb der Isolatorschicht einen Oberflächenleitungs- beschriebenen Verfahren formiert ist. kanal erhält, der dünn ist und mittels einer Torelek- 15 Der in A b b. 1 gezeigte Feldeffekttransistor weist trode gesteuert werden kann. Es ist auch aus der einen p-leitenden Siliziumhalbleiterkörper 1 auf, weldeutschen Patentschrift 971583 bekannt, einen eher 200 μ dick, 500 μ breit und 2000 μ lang ist und Trockengleichrichter durch eine Wärmebehandlung dessen spezifischer Widerstand 2 Ω cm beträgt. Auf mit Hilfe von elektrischem Strom zu formieren, der einer Oberfläche la des Halbleiterkörpers 1 sind beizwischen der Zuleitungselektrode und der Ableitungs- ao spielsweise mittels des Diffusionsverfahrens eine elektrode senkrecht zur Schichtenfolge den Trocken- Stromzuleitungszone 2 und eine Stromableitungszone gleichrichter durchsetzt. la eingelassen, die η-leitend sind. Auf der Ober-

Da der genannte Oberflächenleitungskanal eine fläche la ist eine Isolierschicht 3, beispielsweise eine geringe Dicke hat und da insbesondere bei hohen Siliziumdioxidschicht, erzeugt. Unmittelbar unter-Ableitungsstromstärken sich Raumladungen ausbil- 25 halb der Isolatorschicht 3 und zwischen der n-leitenden, ergibt sich ein sogenannter Einschnüreffekt, der den Stromzuleitungszone 2 und der n-leitenden eine Strombegrenzung mit sich bringt. Stromableitungszone la ist eine dünne Zone mit

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Feldeffekt- η-Leitfähigkeit in Form eines Oberflächenleitungstransistor nach einem Verfahren zu formieren, durch kanals 4 vorhanden.

das diese Strombegrenzung bei seinem nachfolgenden 30 Der beschriebene Feldeffekttransistor besitzt ferner Betrieb herabgesetzt ist. Zuleitungs- und Ableitungselektroden 5 und 6,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch welche jeweils an die η-leitende Stromzuleitungsgelöst, daß unter Anlegen einer Gleichspannung zone 2 und die η-leitende Stromableitungszone la zwischen der Zuleitungselektrode und der Ableitungs- angeschlossen sind. Weiterhin ist eine Torelektrode 7 elektrode und damit in der Längsrichtung des Ober- 35 auf die äußere Oberfläche der Isolatorschicht 3 innerflächenleitungskanals sowie unter Anlegen einer halb einer den Oberflächenleitungskanal 4 bedeckenzweiten Gleichspannung zwischen der Torelektrode den und überlagernden Fläche aufgebracht, und eine und der Zuleitungselektrode eine Wärmebehandlung Steuerelektrode 8 ist mit dem Halbleiterkörper 1 verdes Feldeffekttransistors vorgenommen wird. bunden (in dem dargestellten Fall mit einer der Ober-

Durch das Anlegen der Formierungsspannungen in 40 fläche la gegenüberliegenden Fläche), der angegebenen Weise erzielt man innerhalb des Dieser bekannte Feldeffekttransistor wird nach

Oberflächenleitungskanals zwischen demselben und dem oben beschriebenen Formierungsverfahren in der Torelektrode eine sich in Längsrichtung des folgender Weise behandelt.

Oberflächenleitungskanals gleichmäßig ändernde Feld- Eine Gleichspannungsquelle E von beispielsweise

stärke, die von einem positiven Wert auf der Seite 45 4VoIt wird mit einer solchen Polung an die Zuder Zuleitungszone zu einem negativen Wert auf der leitungs- und Ableitungselektroden 5 und 6 ange-Seite der Ableitungszone abfällt. Dieses während der schlossen, daß die Zuleitungselektrode 5 ein positives Wärmebehandlung wirksame elektrische Feld verur- Potential erhält. Gleichzeitig wird parallel zur Spansacht eine unsymmetrische Verteilung der Donatoren- nungsquelle E ein einstellbarer Widerstand R mit dichte innerhalb des Oberflächenleitungskanals sowie 50 einem Größtwert von beispielsweise 50 kQ geschaltet, einen unsymmetrischen Verlauf des Querschnitts des Der einstellbare Widerstand R besitzt einen an die Oberflächenleitungskanals derart, daß der Quer- Torelektrode 7 angeschlossenen Gleitkontakt Ra, schnitt von der Seite der Zuleitungszone nach der welcher auf dem Widerstand R so eingestellt wird, Seite der Ableitungszone ansteigt. Da somit der daß das Verhältnis seiner Abstände zu der ZuQuerschnitt des Leitungskanals auf der Seite der Ab- 55 leitungselektrode 5 und zu der Ableitungselektrode 6 leitungszone größer ist, wird die durch die Raum- beispielsweise 6:1 beträgt.

ladungen bei höheren Stromstärken bedingte Ein- A b b. 4 zeigt im oberen Teil eine vergrößerte Dar-

schnürung verringert. Infolgedessen erhält man eine stellung der an den Oberflächenleitungskanal anderartige Verbesserung der Kennlinien, daß eine schließenden Zonen. Im unteren Teil der Abb. 4 ist Strombegrenzung bei höheren Stromstärken herab- 60 die Feldverteilung aufgetragen, die sich bei Anlegen gesetzt wird. Auch die Steilheit eines nach dem er- der vorgenannten Spannungen innerhalb des Oberfindungsgemäßen Verfahren behandelten Feldeffekt- flächenleitungskanals einstellt. Die Kurve 15 gibt den transistors wird größer. im wesentlichen linearen Spannungsabfall innerhalb

Das oben beschriebene Formierungsverfahren wird des Oberflächenleitungskanals auf Grund des elektri-

nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen er- 65 sehen Feldes zwischen der Stromzuleitungs- und der

läutert. Es stellt dar Stromableitungszone an. Die Linie 16 zeigt den kon-

Abb. 1 einen schematischen Schnitt eines Feld- stanten Spannungsverlauf direkt an der Oberfläche

effekttransistors mit Spannungsanschlüssen zur Er- der Torelektrode 7. Auf Grund dieser Spannungsver-

teilungen ergeben sich zwischen dem Oberflächenleitungskanal und der Torelektrode 7 längs der Oberfläche derselben die elektrischen Feldstärkewerte 17 und 18 unterschiedlicher Größe und Richtung. Im Punkt A verschwindet die Feldstärke. Im an die Stromzuleitungszone 2 angrenzenden Kanalbereich hat die Feldstärke zwischen Oberflächenleitungskanal und Torelektrode einen maximalen positiven Wert; die Feldstärke erreicht im an die Stromableitungszone 2 a angrenzenden Kanalbereich einen maximalen negativen Wert.

Mit dieser Spannungsverteilung wird der Feldeffekttransistor für die Dauer von 30 Minuten auf einer Temperatur von beispielsweise 350° C gehalten. Dabei bildet sich ein Oberflächenleitungskanal 4 in der aus A b b. 2 ersichtlichen Form aus, wobei der Querschnitt und die Donatorendichte des Oberflächenleitungskanals auf der Seite der Zuleitungselektrode 5 im wesentlichen die ursprünglichen Werte beibehalten, während Querschnitt und Donatoren- »o dichte des Oberflächenleitungskanals 4 gegen die Seite der Ableitungselektrode 6 hin zunehmen.

Somit wird entsprechend der Größe des elektrischen Feldes sowie der Polarität der Spannung in der Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 unmittelbar unterhalb der Isolatorschicht 3 ein Oberflächenleitungskanal 4 gebildet, in welchem die Leitfähigkeit von der Stromzuleitungszone 2 gegen die Stromableitungszone 2 a hin zunehmend ansteigt. Die Zunahme dieser Leitfähigkeit ist steuerbar, da die Bildung des Oberflächenleitungskanals in der beschriebenen Weise beeinflußbar ist.

Im allgemeinen sind die Kennlinien eines Feldeffekttransistors unabhängig davon, ob die Zuleitungsund Ableitungselektroden untereinander ausgetauscht werden. Bei dem nach dem oben beschriebenen Verfahren formierten Feldeffekttransistor führt jedoch diese Vertauschung der Zu- und Ableitungselektroden zu einer merklichen Änderung der Kennlinien. Diese Änderung bestätigt den unsymmetrischen Verlauf des Querschnitts des Oberflächenleitungskanals. Ein Beispiel dieser Änderung ist in den A b b. 3 (a) und 3 (b) dargestellt, welche Kennlinien eines Feldeffekttransistors nach A b b. 2 bei folgender Betriebsweise zeigen.

Die in A b b. 3 (a) dargestellten Kennlinien entsprechen einer Betriebsweise mit Kurzschluß der Zuleitungselektrode 5 und der Steuerelektrode 8, Anlegen einer Gleichspannung V_B zwischen Zuleitungselektrode 5 und Ableitungselektrode 6 mit negativer Zuleitungselektrode, so daß ein Strom I_SD fließt, Anlegen einer Gleichsteuervorspannung zwischen Zuleitungselektrode 5 und Torelektrode 7 mit negativer Zuleitungselektrode. Durch Änderung der Gleichsteuervorspannung kann der Strom /_SD geändert werden. Auf der Ordinate in A b b. 3 (a) ist der Strom /_SD und auf der Abzisse die Spannung V_B zwischen Zuleitungs- und Ableitungselektrode aufgetragen.

Andererseits entsprechen die Kennlinien nach A b b. 3 (b) einer Betriebsweise mit Kurzschluß der Ableitungselektrode 6 und der Steuerelektrode 8, Anlegen einer Gleichspannung V_B zwischen Zuleitungselektrode 5 und Ableitungselektrode 6 mit negativer Ableitungselektrode 6, so daß der Strom I_DS in diesem Fall durch die Zuleitungselektrode 5 abgeleitet wird, Anlegen einer Gleichsteuervorspannung zwischen Ableitungselektrode 6 und Torelektrode 7 mit negativer Ableitungselektrode 6 und mit Änderung der Gleichsteuervorspannung zur Änderung des Stroms I_DS. In A b b. 3 (b) sind auf der Ordinate der über die Zuleitungselektrode 5 abfließende Strom I_DS und auf der Abszisse die Spannung zwischen Zuleitungs- und Ableitungselektrode aufgetragen.

In den Abb. 3 (a) und 3 (b) entsprechen die Kurven 9, 10, 11, 12, 13 und 14 jeweils Kennlinien für Werte der Gleichsteuervorspannung von OVoIt, -0,2VoIt, -0,4VoIt, -0,6VoIt, -0,8VoIt und

— 1 Volt. Man entnimmt diesen Kennlinien, daß die Leitfähigkeit in dem Leiterkanal unsymmetrisch ist. Die Steilheit g_m, d. h. das Verhältnis zwischen Ausgangsstromänderung gegen Eingangsspannungsänderung, die einen möglichst großen Wert haben soll, beträgt im Falle einer Schaltung nach Abb. 3 (a) 5,7 miUimho.

Zu Vergleichszwecken sind in A b b. 5 die Kennlinien eines Feldeffekthalbleiters dargestellt, der nicht nach dem oben beschriebenen Verfahren formiert ist. Auf der Ordinate ist ebenfalls der Strom /_SD und auf der Abszisse die Spannung V_B zwischen Zuleitungsund Ableitungselektrode aufgetragen. Die Kurven 23, 24,25, 26,27 und 28 stellen wiederum die Kennlinien für Werte der Gleichsteuervorspannung zwischen Zuleitungselektrode 5 und Torelektrode 7 von 0 Volt, -2 Volt, -0,4 Volt, -0,6 Volt, -0,8 Volt und

— 1 Volt dar. In diesem Fall beträgt die Steilheit 1,7 millimho, ist also wesentlich geringer als bei einem Feldeffekttransistor, der nach dem oben beschriebenen Verfahren formiert ist.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Formierung eines Feldeffekttransistors mit einer Stromzuleitungszone, einer an ihr angebrachten Zuleitungselektrode, einer Stromableitungszone, einer an ihr angebrachten Ableitungselektrode, einem die Stromzuleitungsund die Stromableitungszone verbindenden Oberflächenleitungskanal, einer den Oberflächenleitungskanal abdeckenden Isolatorschicht und einer auf derselben befindlichen Torelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Zuleitungselektrode (5) und der Ableitungselektrode (6) und damit in der Längsrichtung des Oberflächenleitungskanals (4) sowie unter Anlegen einer zweiten Gleichspannung zwischen der Torelektrode (7) und der Zuleitungselektrode (5) eine Wärmebehandlung des Feldeffekttransistors vorgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen