DE1464390A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

6002-63; Dr. Sä/Ro.
RCA 52 035 -
Ser.No. 222 019 - Heiman Convention datet
September 7» 1962
Radio Corporation of America, Hew York, N.Y., IJSA Halbleitervorrichtung und Verfahren to ihrer Heratellung.
Die Erfindung besieht sich auf Halbleitervorrichtungen und auf Verfahren zur Herstellung derartiger Halbleitervorrichtungen. .
Sin Halbleiter gemäß der Erfindung enthält einen Kanal aus Halbleitermaterial geringen spezifischen Widerstandes und zwei im Abstand voneinander angebrachte Anachlußkontakte an diesem Kanal, die in folgenden ale Quellenelektrode und Abflußelektrode bezeichnet werden. Sie Halbleitervorrichtung, die beispielsweise ein Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode sein kann, enthält auch eine in der Habe des erwähnten Kanals gelegene aber von ihm isolierte Steuerelektrode. Wenn eine Abflußspannung zwischen die Quellenelektrode und die Abfluflelektrode
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gelegt wird, so fließt ein Strom durch den erwähnten Kanal. Die Größe dieses Stromes ist eine Funktion der Abflußspannung und der Zahl der freien Träger in dem Kanal· Sie Zahl der freien Träger im Kanal kann durch eine Steuerspannung moduliert werden, die an die Steuerelektrode angelegt wird. Diese Modulation ist gewöhnlich eine veränderliche Verminderung der Zahl der freien Träger in dem erwähnten Kanal und führt zu einer ebenfalls veränderlichen Abnahme im Abflußstrom. Diese Modulation wird als Verarmungsbetrieb bezeichnet. In gewissen Anordnungen kann die Modulation auch eine veränderliche Zunahme der Zahl der freien Träger zur folge haben, was zu einer veränderlichen Zunahme im Abflußatrom führt. Diese Art der Modulation wird ale Anreicherungebetrieb bezeichnet werden.
Bin Zweck der Erfindung besteht somit darin, eine neue Halbleitervorrichtung nach Art eines JeId effekttrans ie tors mit isolierter Steuerelektrode anzugeben, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Halbleiter.
Sin Halbleiter gemäß der Erfindung enthält einen Hauptkörper aus Halbleitermaterial und zwar vorzugsweise einen Silizium-Einkriatall hohen spezifischen Widerstandes. Auf des Körper befindet sich eine chemisch umgewandelte Zone, die eine
Schicht aus umgewandeltem Körpermaterial enthält. DieBe Schicht aoll vorzugsweise eine Oxydschicht hohen spezifischen Widerstandes sein. Ferner enthält die Zone einen Kanal geringen spezi-
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fischen Wideratandea zwischen der erwähnten Oxidschicht und dem Haupt teil des Körpers. An die laden des Kanals ist 'eine Quellenelektrode und eine Abfluflelektrode augeschlössen und eine Steuerelektrode auf der Sohioht aus umgewandeltem Körpermaterial liegt dem Kanal gegenüber·
Ein Transistor gemäß der Erfindung kann sowohl nach das Prinzip der Verarmung als dem der Anreicherung arbeiten· Sie Übertragungekennlinie verläuft fiber einen verhältnismäßig grofien Bereich der Steuerapannuag koatinuiarlloh und der Abfluflstrom für die Steuerepannung Hull kann innerhalb eines erhebliehen Stromberelohs durch einfache Abänderungen bei der Fabrikation frei gewählt werden.
uemäB der Brfladung werden bei der Herstellung eines solchen Halbleiters wenigstens zwei Isolierschichten auf der Oberfläche eines Halbleiterkörper niedergeschlagen, der vorzugsweise aus einem Material hohen spezifischen Widerstände» bestehen eoll. Diese niedergeschlagenen Isolierschichten eathalten Verunreinigungen, welche dem Halbleiterkörper eine« bestimmten Leitungetyp verleihen. Durch Erhitzung des Siliciumkörpers in einer oxydierenden Atmosphäre wird eine durchreagierte Zone gebildet· Die durchreagierte Zone enthält eine Sohioht aus umgewandeltem Körpermaterial» vorzugsweise von hohen spezifischen Widerstand und einen Kanal geringen spezifischen Widerstandes zwisohen der erwähnten Schicht und dem Beat des
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Halbleiterkörpers. Die Verunreinigungen werden von der Schicht in den Körper eindiffundiert, um in diesem Halbleiterkörper Zonen zu bilden, welche geringen spezifischen Widerstand besitzen und die Enden des Kanals bilden. Diese durch Eindiffundieren von Verunreinigungen gebildete Zonen stellen die Quellenelektrode und die Abflußelektrode der Vorrichtung dar. Eine Steuerelektrode wird beispielsweise durch Niederschlagen eines Metalldampfes auf der Schicht des umgewandelten Körpermaterials auf der gegenüberliegenden Seite des Kanals und im Abstand von demselben erzeugt.
Durch ein derartiges Verfahren können der Kanal, die Schicht aus umgewandeltem Körpermaterial, die Quellenelektrode und die Abflußelektrode alle gleichzeitig nach einer einzigen Abdeckung des Halbleiterkörpers hergestellt werden. Die Kennlinien der Vorrichtung können durch eine geeignete Auswahl des Halbleitermaterials, seines spezifischen Widerstandes und seines Leitungstyps, ferner durch Auswahl der Verunreinigung in der niedergeschlagenen Schicht und ihrer Konzentration in derselben und schließlich durch geeignete Wahl der Zeit, der Temperatur und der Atmosphäre, in welcher die durchreagierte Schicht gebildet wird, beeinflußt werden.
Pig. 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung in kreissymmetrischer Ausführung und einer geeigneten Vorspannungsschaltung für den Betrieb des Transistors.
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Pig. 2 ist eine Kurvenschar, welche die Abflußkennlinien des Transistors nach Fig. 1 veranschaulicht.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Feldeffekttransistors gemäß der Erfindung, welche mehrere Transistoren in Serienschaltung enthält, von denen j*öer eine sogenannte Leitergeometrie aufweist. Ferner zeigt Fig. 3 noch die Vorspannungsschaltung zum Betrieb eines dieser Transistoren.
Fig. 4A, 4B und 4C stellen einseine Schnitte da und veranschaulichen ein Herstellungsverfahren einer dritten Ausführungsform, welche eine ähnliche Geometrie besitzt wie die Äusführungsform nach Fig. 3» jedoch einen abweichenden äteuerelektrodenaufbau zeigt.
Fig. 5 zeigt eine Kurvenschar, welche die Abflußeigenschaften der dritten Ausführungsform nach Fig. 40 veranschaulicht.
Fig. 6 enthält eine Kurvensohar, welche die Abflußeigenschaften einer vierten Ausführungsform der Erfindung veransohaulieht und welche eine ähnliohe Geometrie besitzt wie die Ausführungsform nach Fig. 4C mit der Ausnahme, daß die Abflußkennlinien durch eine längere Erhitzung in trockenem Sauerstoff noch beeinflußt wurden.
Fig. 7 zeigt eine Kurvensohar, welche die Abflußeigensohaften einer fünften Ausführungsforn eines Feldeffekttransistors gemäß der Erfindung mit einer Geometrie ähnlich derjenigen in
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Fig. 4C veranschaulicht, wobei ein Unterschied gegenüber Fig.4C derin besteht, daß die Abflußkennlinien durch nachträgliches Ausglühen in trockenem Stickstoff noch beeinflußt wurden.
. Fig. 8 zeigt eine Aufsicht auf eine Sechser-Ausführungsform eines Feldeffekttransistors mit abgewandelter Steuerelektrodengeometrie.
Fig. 9 schließlich zeigt die Kennlinien des Transistors nach Fig. 8.
Miteinander übereinstimmende Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines unpolaren Feldeffekttransistors 21, der nach der Erfindung aufgebaut ist und Ringgeometrie aufweist. Der Transistor 21 enthält eine Basis oder Grundplatte aus Halbleitermaterial von hohem spezifischen Widerstand, welche ein Einkristall oder ein polykristalliner Körper sein kann. Das Material dieser Basis kann aus einem beliebigen der Halbleitermaterialien bestehen, welche zur Herstellung von Transistoren benutzt werden.
Die Basis 23 enthält ein durchreagiertes Gebiet mit einer Schicht 25 aus umgewandeltem Körpermaterial und einen Kanal geringen spezifischen Widerstandes zwischen dem Hauptteil des Körpers 23 und der Schicht 25. Die Schicht 25 besteht vorzugsweise aus einem Material hohen spezifischen Widerstandes. Zur
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Veransohaulichung sei erwähnt, daß die Basis 23 in Hg. 1 ein Einkristall aus P-Silizium sein aoll mit einem spezifischen Widerstand von etwa 200 OhmZentimetern. Die Schicht 25 in dieser Ausführungsform hat Kreisform und wird durch Oxydation eines Teiles der Oberfläche der Basis 23 hergestellt. Die Schicht 25 ist etwa 2000 Angströmeinheiten dick und besteht im wesentlichen aus reinem Siliziumoxyd, welches durch vollständige Oxydation einer Schicht auf der Basis' 23 erzeugt ist.
Der Kanal 27 geringen Widerstandes wird gleichzeitig mit der Schicht 25 erzeugt und wird manchmal als Inversionsschicht bezeiohnet. Der Kanal 27 ist unterhalb der ganzen Schicht 25 vorhanden. Er kann als teilweise oxydiertes Silizium aufgefaßt werden, welches den übergang zwischen dem Hauptteil der Basis und der Schicht 25 bildet. Der Kanal 27 dürfte einen niedrigen Widerstand infolge der Anziehung von freien Ladungsträgern haben, welche die elektrischen Ladungen in dem teilweise umgewandelten Halbleitermaterial des Kanals kompensieren. Eine Steuerelektrode 29 vorzugsweise aus Aluminium liegt auf der Schicht 25 auf, d.h. auf der vom Kanal 27 abgewandten Seite der Schicht 25.
Eine Quellenelektrode 31 berührt den Außenumfang des Kanals 2 7, während eine* Abflußelektrode 33 mit der Innenseite des Kanals 27 in Berührung steht. Die Länge des Kanals 27, d.h. der Abstand zwischen seiner Außenseite und seiner Innenseite ist etwa 0,013 nun. ^ie in Pig. 1 dargestellt sind die Quellenelektrode
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31 und die Abflußelektrode 33 Zonen oder Gebiete innerhalb des Basiakörpers'23, in welche N-Verunreinigungen eindiffundiert worden sind, um diese Zonen leitend zu machen. Es können jedoch auch andere Konstruktionen zur Herstellung geeigneter Anschlüsse an den Kanal 27 benutzt werden.
Eine Quellenelektrode 35 von Ringform zwischen Isolations— niederschlagen 39 und 41 liegt auf der Quellenzone 31 auf. Eine scheibenförmige Abflußelektrode 37 innerhalb des Isolierteils 43 liegt auf der Abflußzone 33 auf. Die Elektroden 35 und 37 bestehen vorzugsweise aus Aluminium und können ebenso hergestellt werden wie die Steuerelektrode 29. Die Isolierschichten 39, 41 und 43 bestehen aus niedergeschlagenem Siliziumdioxyd von etwa der Dicke 0,01 bis 0,0001 mm und vorzugsweise von der Dicke 0,00V mm.
Die Fig. 1 veranschaulicht auch eine Vorspannungsschaltung für den Betrieb des Transistors 21. Die Quellenelektrode 35 liegt über eine Leitung 53 an Erde 51. Die Steuerelektrode 29 ist an eine Klemme einer verstellbaren Spannung 55 über eine Leitung 57 angeschlossen. Die andere Klemme dieser Spannung 55 ist geerdet. Die Abflußelektrode 37 ist an eine Klemme einer einstellbaren Spannung 59 über eine Leitung 61 und über einen Belastungewiderstand 63 angeschlossen, während die andere Klemme der Spannung geerdet ist. Die Ausgangsklemmen 65 liegen an den Endpunkten des Widerstandes 63. Die einstellbaren Spannungen 55 und 59 können
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bis auf Null vermindert werden oder auch umgekehrte Polaritäten besitzen.
Bei einer Betriebsart wird die Abflußspannung V^ durch Verstellung der Spannungsquelle 59 auf einen gewünschten Wert eingestellt. Eine Steuerspannung V , weiche die Bingangsapannung oder Signalspannung am Transistor darstellt und welohe entweder eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung bis zu etwa 100 MHz sein kann oder aus Impulsen bestehen kann, wird von der Spannungsvolle 55 geliefert oder wird zusätzlich zu dieser Spannung zugeführt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein kleiner Oszillator mit der Spannungsquelle 55 in Seihe geschaltet werden, welcher dann die Quelle für die Wechselstromeingangssignale der Steuerelektrode darstellt. Man kann auch die Klemmen einer anderen Signalquelle mit der Spannung 55 in Reihe schalten. Der Abflußstrom I., welcher den Ausgangsstrom des Transistors darstellt fließt von der Spannungsquellβ 59 über die Leitung 61 zur Abflußelektrode 37 und von dort über die Abflußzone 33» den Kanal 27, die Quellenzone 31 und die Quellenelektrode 35 über die Leitung 53 nach Erde. Pie linke Klemme der Spannungsquelle 59 ist ebenfalls mit Erde verbunden. Der Abflußatrom I. hat denselben zeitlichen Verlauf wie die Steuerspannung V * Die Ausgangeleistung kann ein Vielfaches der Eingangsleietung sein und der Singangewiderstand kann ein Vielfaches des Auegangswiderstandee betragen. Der Transistor kann somit zur Übertragung von einem Eingangskreis hohen Widerstandes in einen Auegangekreis niedrigen Wider-
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standee benutzt werden, entweder um die Einsangsleistung zu verstärken oder um ao wohl eine Übertragung wie eine Verstärkung darzustellen.
Fig. 2 zeigt die Abflußkennlinien (Abflußstrom Id in Abhängigkeit von der Abflußspannung V^) des Transistors nach Fig. t. Jede der Kurven in Fig. 2 wurde bei konstanter Steuerspannung
V_ und mit geerdeter Quellenelektrode 35 aufgenommen. Der Sing
gangswiderstand bei niedrigen Frequenzen an der Steuerelektrode ist kapazitiv. Zeitkonstantenmessungen ergeben einen Querwiderstand in der Größenordnung von 10 bis 10 Ohm. Die Fig. 2 bezieht sich auf die an einem einzigen Transistorexemplar aufgenommenen Kennlinien. Andere Transistoren der gleichen Geometrie können mit höherer negativer Steuerelektrodenspannung und/oder mit positiver Steuerelektrodenspannung betrieben werden· Die maximale verwendbare Steuerelektrodenspannung ist vermutlich 100 Volt (positiv oder negativ) für die in Fig. 1 dargestellten Transistoren und wird durch die elektrische Festigkeit der umgewandelten Schicht 25 begrenzt, die etwa 5 x 10 Volt je cm beträgt.
Fig. 3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform mit mehreren Feldeffekttransistoren, die eine sogenannter Leitergeometrie besitzen. Diese Leitergeometrie ermöglicht die Unterbringung mehrerer Transistoren auf einem einzigen Halbleiterkörper. Bei der Ausführungsform nach Fig· 3 iat der Kanal 27a
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rechteckig und 1st etwa 0,013 mm lang und etwa 1,3 nun breit. Die Länge des Kanals 27a ist als der Abstand zwischen der Quellenzone und der Abflußzone definiert. Die Breite iat die senkrecht zu der Länge liegende Abmessung, welche parallel zu der Oberseite des Halbleiterkörpers 23a verläuft. Die Schicht 25a hohen Widerstandes besteht aus Siliziumoxyd von einer Dicke von etwa 2700 Angströmeinheiten, und wurde in dem Einkristallkörper 23a aus Silizium hohen spezifischen Widerstandes durch Umwandlung erzeugt. Die niedergeschlagene Isolierschicht 47 besteht aus Siliziumdioxyd von einer Dicke von etwa ein Mikron. Die runden Anschlußklemmen 45 an den Enden der Steuerelektroden 29a erlauben einen zuverlässigen Drahtanschluß. Die Quellenelektrode 35a eines Transistors kann auch als Abflußelektrode für den nächsten Transistor benutzt werden. Ebenso kann die Abflußelektrode 37a eines Transistors als Quellenelektrode für den nächsten Transistor dienen.
Die Feldeffekttransistoren nach Fig. 3 können mit Hilfe der in Fig. 4A, 4B und 40 dargestellten einzelnen Verfahrenssohritte. hergestellt werden. Man geht aus von einem Einkristallkörper 23a aus Silizium mit einem hohen spezifischen Widerstand, beispielsweise einer Scheibe aus P-Silizium mit 500 Ohmzentimetern. Die eine Seite dieser Scheibe wird sorgfältig gereinigt, um das Halbleitermaterial freizulegen. Dies kann beispielsweise durch chemische Ätzung der einen Seite der Scheibe geschehen. Sodann wird stark dotiertes Siliziumdioxyd in Form einer Schioht
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47 auf bestimmten Gebieten der gereinigten Oberfläche niedergeschlagen. Dies läßt sich beispielsweise durch thermischen Niederschlag aus dotiertem Oxy-Silan bewerkstelligen und durch nachträgliche Entfernung des niedergeschlagenen Oxyde an bestimmten Stellen, beispielsweise durch teilweise Abätzung nach bekannten Verfahren.
Die Dicke der niedergeschlagenen Oxydschicht beträgt vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,001 mm. Die niedergeschlagene Oxydschicht 47 enthält eine verhältnismäßig hohe Konzentration von Verunreinigungen, die man auch als eine Dotierung bezeichnen kann, welche in Silizium einen N-Leitungstyp hervorbringen. Solche Verunreinigungen können beispielsweise Antimon, Arsen oder Phosphor sein. Die Siliziumscheibe wird sodann auf etwa 95O0C in trockenem Sauerstoff für etwa die Dauer einer Stunde erhitzt und eodann abgekühlt.'Während der Erhitzung werden diejenigen Teile der Oberfläche der Siliziumscheibe, welche nicht durch die Siliziumdioxydschicht 47 abgedeckt sind, in Siliziuadioxyd 25a umgewandelt. Derartigt umgewandelte Oberflächeneohichten werden manchmal auch al« therniaoh erzeugte« oder thermisch gecüchtete« Siliziumdiox^d bezeichnet. Dae umgewandelte Material iat praktisch reine« Siliziuadioxyd und hat einen hohen spezifischen Widerstand von der Größenordnung von 10 Ohiieentiiietern. Swiaohen Aer fohioht 25a au« giiiciuaoxyd und dem leat de« Halbleiterkörper ■ 23a ectateht «la laaal £7« von !-Material. Der Teil
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der Halbleiterscheibe, welcher nun das umgewandelte Material 35a und den Kanal 27a enthält wird im folgenden als "durchreagiertes Gebiet" oder als "durchreagierte Zone" bezeichnet werden·
Im gleichen Verfahrenesohritt diffundieren Verunreinigungen aus der niedergeschlagenen Oxydschicht 47 in da· Siliaium unterhalb dieser Oxydschioht 47 hinein und bilden die Diffusionsgebiete 31a und 33a, in welchen die Verunreinigungen hineiohtlioh ihrer Konsentration »it sunehmendem Abstand τοη den Sohiohten abnehmen. An der Stelle des Anschlusses an den Kanal 27a und oberhalb davon haben die Diffusionsgebiete 31a und 33a einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand.
Sodann werden in den Oxydschichten 47 duroh Atzung öffnungen angebracht, um den mittleren Teil jedes Diffusionsgebietes 31a und 33a zugänglich zu machen. Dies lädt sich beispielsweise daduroh erreichen, daß man ein ?otowiderstandsaat«rial auf der Mitte der Schichten 47 und 25a anbringt und sodann dort ei»· Atzung vorninmt, wo Löcher entstehen sollen. Sodann wird ein Metall, a.B. Aluainiua in der Mitte der Diffuaionegebiete 31· und 33a, d.h. in dan gsfeVtrfcen Öffnungen niedergeschlagen und auf der Sohloht 25·»wo dieser Metallniedersohlag gegenüber des Kanal 27a erzeugt, so deS die Quellenelektrode 35a, die AbfluS-elektrode 37a und dia Steuerelektrode 29a gebildet werden* Dies läßt sich beispielsweise durch Aufdampfen einer gleichmäßigen Metallsohioht aus Aluminium und duroh naohtrigliohes
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stellenweises Entfernen der Aluminiumachicht nach dem Photoresietverfahren bewerkstelligen.
Bei der in PIg. 3 dargestellten Konstruktion können Schwierigkeiten entstehen die Steuerelektrode 29* ait der u»fβwandelten Schicht 25a genügend genau zur Deckung su bringen. In einer dritten Ausführungsform gemäß Tig. 40 wird die Steuerelektrode 29« daher länger als der Kanal 27a geβacht, so daf si* auch neeh die angrenzenden Teile der Schichten 47 überdeckt. Die Steuer-' elektrode 29a bedeckt dataer in Tig. 4C die gante Sohicht 25a und ferner noch die Ränder der angrenzenden Schichten 47« Diese Wandteile der Steuerelektrode 25a βiod mit 49 bezeichnet. Oa die Dioke der Schichten 47 mindestens das Vierfache der Dicke der Sohioht 25a beträgtf wird die Bigenkapazität 4er Vorrichtung bei der Aueführungsfor» gemäß Tig. 4C nicht wesentlich erhöht.
Tig. 5 zeigt die Kennlinien dee Transistor» Each Tig. 40. Die Tranekondukt ein a ist etwa 3000 liikronhos rad die Bingangakapazität bei der Steuerelektrodenspannung KuIl beträgt 15 pT bei etwa 1 HHz. Wenn der Kanal 27a vollständig frei ron freien Elektronen bei abgelegter Sttuerspancung 1st,»«träft dar Kaaalwid«»etand etwa 20 000 Oh*. Maser Widerstand lit Ttrwitlioh auf den ibleitstroa surüokzufuhren, der τοπ der Quellenelektrode 31a unter Uagehung der Steuerelektrode 25A zur Ibflutelektrode 33a fliegt.
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Der Traneistor nach Fig. 4C kann sowohl mit positiver als auch mit negativer Vorspannung an der Steuerelektrode als auch schließlich Mit der Steuerelektrodenvorspannung Null betrieben werden. Bei der Vorspannung Null und auch bei positiver oder negativer Steuerelektrodenvorspannung fließt kein G-Ieichstrom. Der nach oben schwach konkave Verlauf der Kurven in Fig. 5 für negative Vorspannungen bei höherer Abflußspannung ist die Polge eines lawinenartigen Durchbruchs in dem an !Trägern verarmten Kanal 27a. Beispielsweise zeigt die Kurve für V = -3 Volt
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eine Abbiegung nach oben für Spannungswerte V^, die größer als etwa 10 Volt sind. Dabei tritt jedoch kein Steuerelektrodenstrom auf.
Bei der Herstellung der beschriebenen Transistoren sind sehr viele Abweichungen von den mitgeteilten Verfahrensschritten aöglich, welche die Kennlinien des fertigen Transistors beeinflussen. Bei der ersten zu besprechenden Abwandlung wird in die uasuwtndelnde Zone zunächst eine die Leitfähigkeit bestimmende Verunreinigung eindiffundiert. Die·· Dotierung dient nicht zur SonttllisBg «Inta Kanal» aontern eur Beeinflussung der Zahl von fr« Ut llaktrone», 41· 1* Ktitl 27 oder 27« awiaehen der uagewaaieltea Zone und dta lest dta Halbleiterkörpern vorhanden «Ind. S* IiMe* Zweck wir* die Menge der Verunreinigungen, welohe eln- «iffwiilart wird, wesentlich kleiner gewählt als die MfBge, die li»e%ellung eiaea Kaaal· notweatlg ·β1β «ftrde. DIt Van·»»
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reinigungen können entweder vom P-Iyp oder vom N-Typ sein und werden bis zu- einer solchen Tiefe und in einer solchen Konzentration eindiffundiert, daß gerade die Kennlinien des Kanals, der ohne zusätzliche Verunreinigungen vorhanden ist, beeinflußt werden.
Die Auswahl des Basismaterials 23 ist wichtig. Das Basismaterial kann ein Einkristall sein oder ein polykristalliner Halbleiter. Das Basismaterial soll vorzugsweise einen höheren Widerstand besitzen und bei chemischer Umwandlung eine Schicht bzw. eine Zone hohen Widerstandes auf dem Halbleiter bilden. Das bevorzugte Basismaterial ist ein Einkristall aus Silizium. Bei P-Silizium geringen Yiiderstandes als Basismaterial kann möglicherweise nur eine teilweise Kompensation in dem Kanal auftreten und möglicherweise wird dann keine N—Schicht erreicht, wenn, man die umgewandelte Schicht herstellt. P-Silizium, beispielsweise zwischen 2 und 1000 Ohmzentimetern ist ein bevorzugtes Basismaterial. Allgemein gilt,'daß bei P-Silizium die Zahl der freien ΕΓ-Ladungsträger in dem Kanal um so größer ist, je höher der Widerstand der Basis ist. Wenn ein P-Kanal zwischen dem Hauptteil des Halbleiterkörpers und der umgewandelten Halbleiterschicht gewünscht wird, so sollte N-Silizium mit hohem Widerstand als Basis benutzt werden.
Die Kennlinien des Transistors nach Pig. 4C können auch dadurch beeinflußt werden, daß man die Erhit'zungsdauer im Bereich
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zwischen 0,5 und 40 Stunden und/oder die Temperatur im Bereich zwischen 850 und 11000C zur Herstellung der Umwandlungsschicht verändert. Die längere Erhitzungsdauer und die höhere Erhitzungstemperatur wandelt das Silizium des Halbleiterkörpers "bis zu einer größeren Tiefe um und erzeugt einen tieferen Kanal.
Fig. 6 zeigt die Kennlinien eines Transistors von ähnlicher Geometrie wie der Transistor in Fig. 4C mit der Ausnahme, daß die Erhitzung für etwa 2 Stunden "bei etwa 95O0G in trockenem Sauerstoff vorgenommen wurde. Hierdurch wird eine dickere durchreagierte Zone mit einem tieferen Kanal hergestellt. 3?erner kann abhängig von der Behandlungsatmosphäre und von der Oberflächenbehandlung vor der Oxydation entweder ein P-Kanal oder ein H-Kanal (Inversionsschicht) gebildet werden. Beide Kanalarten sind betriebsfähig. Jedoch, müssen die Anschlüsse an dem Kanal jeweils denselben Leitungstyp haben als der Kanal selbst. Wenn für Silizium ein P-Que11enanSchluß und ein P-Abfluß gewünscht sind, muß die niedergeschlagene Oxydschicht P-Verunreinigungen für Silizium, d.h. Indium oder Bor enthalten. Wenn eine N-Quelle und ein H-Abfluß für Silizium gewünscht werden, so muß die Oxydschicht N-Verunreinigungen für Silizium, also beispielsweise Arsen, Antimon oder Phosphor enthalten.
Es wurde gefunden, daß durch eine Erhitzung der Basis für eine oder mehrere Stunden in einer trockenen inerten Atmosphäre nach der Bildung der umgewandelten Sohicht die Zahl der freien
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ladungsträger im Kanal vermindert wird. Beispielsweise kann bei dem Transistor nach Mg. 4C die Konzentration der freien Ladungsträger im Kanal 27a durch nachträgliche Erhitzung der Siliziumscheibe auf etwa 100O0O in trockenem Stickstoff für die Dauer einer Stunde verkleinert werden. Die gesamte Behandlung ist dieselbe, die oben an Hand der Pig. 40 erläutert wurde, mit der Ausnahme, daß vor der Anbringung der Elektroden der Transistor in einer inerten Atmosphäre erhitzt wird und dann abgekühlt wird.
Fig. 7 veranschaulicht die Kennlinien eines in dieser Weise hergestellten Transistors. Der Transistor wird als ein Feldeffekttransistor mit Anreicherung bezeichnet, weil die hauptsächliche Betriebsart in einer Anreicherung von freien Ladungsträgern in dem Kanal bei einer positiven Steuerelektrodenspannung besteht und zwar für einen N-Kanal.
Fig. 8 zeigt eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Feldeffekttransistors gemäß der Erfindung. Die Ausführung in Fig. 8 ist ähnlich derjenigen nach Fig. 3> jedoch mit dem Unterschied, daß benachbarte Steuerelektroden 29b an beiden Enden miteinander verbunden sind, so daß die Abflußelektrode 37b jedes Transistors vollständig von einer Steuerelektrode umgeben ist. ^ie in Fig. 8 dargestellt, besteht jeder Transistor aus zwei Quellenelektroden 35b und einer Abflußelektrode 37b, die von der Steuerelektrode 29b umgeben ist. Bei dieser Ausführungsform soll die Abflußelektrode des einen ^ensistors nicht als Quellen-
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elektrode für einen benachbarten Transistor dienen.
Pig, 9 zeigt die Kennlinien für den unipolaren Feldeffekttransistor nach Pig. 8. Die Vorrichtung kann entweder mit Verarmung (negative Steuerelektrodenspannung) oder mit Anreicherung (positive Steuerelektrodenspannung) betrieben werden. Der transistor mit der Steuerelektrodenform nach Hg. 8 hat einen kleineren Able it strom als der Transistor nach 3?ig. 3, mit Leitergeometrie. Dies rührt daher, daß die Abflußelektrode vollständig* von der Steuerelektrode eingeschlossen ist.
ist einleuchtend, daß die dargestellten Halbleitervorrichtungen und ihre Herstellungsverfahren sich insbesondere für sogenannte integrierte Schaltungen eignen, da die Transistoren in größerer Anzahl auf einer einzigen Halbleiterscheibe hergestellt werden können. Außerdem ist es bemerkenswert, daß die erfindungsgemäßen Transistoren unter Benutzung nur einer Seite einer Halbleiterscheibe hergestellt werden können.
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Claims (1)

  1. " 20 · H-64390
    ι t id Uo ι ρ r U ο h ι
    1Λ Halbleitervorrichtung »it einer unterlag· aua Halbleitcr-■•ttrial, dadurch gekennzeichnet, dal ' •iota auf dieeer Unterlag· «in· Xaolleraohioht befindet, daft* «in aonokrlatalliner Halbleiterkanal swi«ob«n d«r Unterlag· und dtr Iaollereohioht verläuft, da8 «in QuellcnaneohluS und «in Abfluftanaoblujl an diaeea Kanal angebracht eind, und daS ein· Steuerelektrode eich auf der anderen Seit· der Iaolieraohioht wie dar Kanal befindet.
    2.) Halbleitervorrichtung naoh Anapruoh 1, daduroh gekenns«iohn«t, defl an dan QuellenaceohluB und an den Abflufanaohlui je eine Elektrode angeaohloaaen aind, und dafi die Ieoliereohioht und dar eonokrietalline Halbleiterkanal eine durohreagiert« Zone auf der Unterlag« daratelltn, wobei die Ieoliereohioht durch Umwandlung einer Schicht daa Unterlageaateriala gebildet aind und dar eonokrietalline Halbleiterkanal «inen niedrigen Wideretand bealtat. 3·) HelbleiterTorxiohtung naoh Anapruoh 2, dadurch ga kennielohnet , daß die. Steuerelektrode eich etwa· welter eratreokt ala dl« Berührungeattlle da· Kanäle alt daa Quelleneneohlul und dea Abfluianaohlut, und da· dar Abatand dar Stauerelektrode tob daa Kanal erheblich kleiner lat ala dia Ab-
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    stände swleehon den Rändern der Steuerelektrode und dta QuellenaneohluB und. JktofluBaneohluB.
    4·) Halbleitervorrichtung nach Anspruoh 2 oder 3, dadurch gekennceiob.net , daB das Halbleitermaterial aus Silislua besteht, und dafi die umgewandelte 3ohloht Siliciumoxid let und der Kanal aue I-Sllisium besteht.
    5·) Halbleitervorrichtung nach Anepruoh 2» 3 oder 4, dadurch gekenaselohnett dafi die Halbleiter-▼orrlohtuag ein unipolarer feldeffekttraneletor und der Halbleiterkörper ein Einkristall aue P-Siliiium let, defl die uage- «andelte Oberfläohtneohloht aue Slllsluwoxyd besteht, welohee rolletändig umgewandelt let, daB der Kanal ein Η-Kanal aua teilweise umgewandeltem Unterlsgemateriel swleohen dem Beet dee Halbleiterkttrpere und der Tollständig umgewandelten Halbleiteraohioht let, daB der QuellenaneohluB eine duroh Bindiffundleren einer Verunreinigung hergestellte Zone sue H-SiIi«ium τοπ geringem Wideretand let, und.daB der Abflußanaohluß eine duroh Eindiffundieren einer verunreinigung hergestellte Zone aue I-Sillslum von geringem Widerstand let, und defl der Kanal swlsohen diesen beiden Zonen verläuft.
    6.) Unipolarer Transistor nsoh Anspruch 5, daduroh gekennselohnet , daB eine erste Sohioht aus Slllsiumoxyd auf einem fell des erwähnten Quellenaneohlussee sngebraoht 1st und an die umgewandelte Ünttrlagesonicht angrenst, daB eine
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    ■weit· Schicht ana Sllisiuaoxyd auf einen fall daa Abflußaneofaluaaea angebracht tat und ao dta umgewandelte ünterlageeobioht angrenst, daß beide Sohichten dloker sind ala dia Sohiebt at» umgewandeltes Unterlageaeterial, und daß dia Steuerelektrode eioh über wenigstens alnaa Tail dar «raten Sohioht und waaigatana aiaaa Tall dar awaitan Schicht hinwag aratraokt.
    7·) HalblaitarTorriohtuag naoh eine« dar vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennaeichnet, dafi daa Halbleitaraaterial P-Siliaiuai ron hohes Wideretand iet.
    8.) Halbleitervorrichtung naoh einem dar vorstehenden Ansprüohe, dadurch gekennzeichnet, daS dia Unterlage aua Halbleitereaterial eine Mehrsahl von Schichten aus usgawandelten Unterlageeaterlal enthält» daß jade Sohioht tos dam Beat das Halbleiterkörpera duroh einen anderen Kanal geringen Widerstandes getrennt iet, daß eine Mahrsah 1 von Quellenelektrodaa und AbfluSelaktroden vorhanden sind, daö jade diaaar Elektroden an ewei andere Kanäle angesohloaaen iet und als Quellenf elektrode für einen Kanal und als Abflufielektroda für dan anderen ▼on swei anderen Kan&len dient, und daß eine Mehrzahl tob Steuerelektroden vorhanden ist, von denen jede auf einer andaran Sohioht angebracht iat und von da« augehOrigen Kanal geringen Wideratandes einen Abstand bevitat.
    909812/0716 ^0 OR|G|NAI-
    9·) Verfahren «or Herstellung roa HalbleiterTorrichtungen neoh Aneprueh 2, liistoh g*kenn«eichn*t, daf wenigsten· ew«i einen Abetand ronalnandar aufweisende Iaolier-•ohloht«n auf «in«r 8·it· «ln«r Halbleiterunterlage hergestellt werden, 4·· dlMe Bohlohten Temuirelniciuicen tob ein·· I««ltuiif»- typ für dl· Unterlag· enthalten, dal «la durohreaglertea Oeblet la der Unterlage svlaohen den IaolieraohloAten gebildet wird, dafl 4·· durohr«agiert« O«bl«t «in« Bohloht aua \nig««and«lt«B ünt«rlag«»at«rial und «in«n Kanal niedrig«η lideretand·· tm±- aoh«n d«« Etat d«e Halbleiterkörper· «ad dieeer let«ter«n 8otaioht tathält, 4·· Ter\iar«iBlgungen au· dta Sohiohtteilen la 41· Unterlage eindiffundiert werden, vm 41« Diffuaionagebiete geringen Wideretand·· in Btrtthruag alt beiden Enden 4·· Kanal· β« bilden, und 4·· dann «la« Hak tr ode auf der Sohioht umgewandelten Halbleitermaterial· gegenüberliegend und getrennt von dea Canal gebildet wird.
    10·) Terfahren «ur Herateilung «la·· leldeffekttreneiatora neon Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, 4aJ 41· Halbl«it«runt«rlag« au· Slliiiua b«*t«ht, d«8 sw«i ·1η·η Abstand τοη·inander beeitMnd· Sohichtteil· duroh Il«d«reohlag«n •ia«r Äohioht au· 8ilialumdioxyd auf einer Seite der Biliaiu·- unterlag· g«blld«t w«rd«nt 4·· 41« «rwlhnt· Terunreinlgung 4·· •in«n L«ltung«t/p« la der Sohioht eine I-Terunreinigung für den Halbleiterkörper ist* und da· au· der nledergeeohlagenen Slllelua* dioxjdaobloht Material «atf«rat «1τ4» ·ο dafl 41· sw·! ·1η·η
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    Abetaed Yoaelaaadtr aufweisende Soblobttelle auf dtr Baterlage Ttrblelbea«
    11·) Verfahren mr Herstellung tob Halbleiterrorrlohtvngea naoh Aaepruoh 9 odtr 1O1 dilorcb |ikiBBiiloboi t , 4·! 41« Unterlag· la tlatr osydltrtadta Ataoepbtre gleloha«ltlg ■it dtr HtrtttUvag dtr durohrtaflert·» Sob· trbltst wird, «ad d·· dlf TtniartlaifinitB tob dta &ohlehtt«il«a la dl· HattrXaft •ladlffuadltrta·
    * 12·) TerfihrtB «ur BtrtttUvac tlatt r«ldtff«kttr«ntl«tort naob ABBpruohH, d a d u r ο h gtktaas«l«ka«t· da· dia ÜBttrlaft auf ttva 850 bla 11000O la tlatr o«jdltraa«aB Ataoapbärt «rhitat wird, und daft daa latftvaadtltt Vattrlaftaattrlal tlat Slliaiueoxydiohiobt htbta Vldarataadtt aatbtlt.
    19·) Ttrfabraa mir B«rattllua| tiatt rcldaffakttraaalatora aaob Aaapruob 12, d a d α r ο b ftktaaetioliattt 4al dlt Oattrlagt für 0,5 bla 40 8taadta la tlatr oxydlaraataa At-Botfblra traits« wird, dal Material tut Jeder dtr altdtrga-V ttaltgtata Soblobttella tatftrat wird, tt dal Jtdta dtr durob IladlffmaloB aattttadtata Otblttt la dtr Uotarlafa freigelegt wird» uad da· Ketal Ikontakt· auf jedes dltttr «tbltit aagebraobt werdta»
    14·) Ttrftarta aaob tlata dtr Aaaprüobt 9 bit I)9 d a d u r ο b gtktaaatloaatt , dt· dlt lalbltltarvattrlag· aua
    909812/0716 «η ORKUMAI.
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    S 111sl«i kok·» V14arata»4aa
    15·) VavfeJuraa »aak alaaa 4ar JLnaprttoh« 9 bi· 14» I ilir «k β · k · ■ ■ iililiiti 4al 41« Halbl*lt«ruat«rla(a «κ· •Im·« BtakrlataU «M SUlslvoi fctaUfe*.
    U.) Ttvtilnr·» M«h «ia·· 4tr Aaa»rtt«te 9 bl· 15, didurok !•ktiiitlilift » Λ·· ·!»· 3t*n«*l*k%»o4· auf 4a* Soklokt m· i«ta«M4al«aa 8alalal%ana%avlal «uf 4av ▼·» 4am Kanal abgavaaitaa talt· a«««br«okt vlr4» t»4 aiaaa fall 4ar aa«*«aaaBAaa Ieollmraahloktaa
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