DE1295698B - Verfahren zur Formierung eines Feldeffekttransistors - Google Patents
Verfahren zur Formierung eines FeldeffekttransistorsInfo
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Description
1 2
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 VB zwischen Zuleitungselektrode 5 und Ableitungselektrode 6 mit negativer
Zuleitungselektrode, so daß ein Strom ISD 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 VB 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 VB zwischen Zuleitungselektrode 5 und Ableitungselektrode 6 mit negativer
Ableitungselektrode 6, so daß der Strom IDS 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 IDS. In A b b. 3 (b) sind auf der Ordinate der
über die Zuleitungselektrode 5 abfließende Strom IDS
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 gm, 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 VB 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 (1)
- 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
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