DE1489052B1 - Verfahren zum behandeln von halbleiterbauelementen - Google Patents

Verfahren zum behandeln von halbleiterbauelementen

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DE1489052B1 DE19641489052 DE1489052A DE1489052B1 DE 1489052 B1 DE1489052 B1 DE 1489052B1 DE 19641489052 DE19641489052 DE 19641489052 DE 1489052 A DE1489052 A DE 1489052A DE 1489052 B1 DE1489052 B1 DE 1489052B1
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Description

1 2
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behan- halb der Durchbruchfeidstärke der Isolatorschicht bei
dein von Halbleiterbauelementen aus einem kristal- gleichzeitiger Erhitzung des Halbleiterbauelements
linen Halbleiterkörper und einer mindestens einen angelegt wird.
Oberflächenbereich überdeckenden anorganischen Durch eine solche kombinierte thermische und
Isolatorschicht, bei dem in dem unterhalb der Iso- 5 elektrische Formierungsbehandlung kann man den
latorschicht gelegenen Teil des Halbleiterkörpers Wert der Oberflächenladungsträgerdichte auf jeden
eine Erhöhung der Elektronenleitfähigkeit entsteht. gewünschten Wert einstellen. Durch geeignete Polung
Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Ober- des elektrischen Feldes läßt sich insbesondere ein
flächenpassivierung mit einer Oxidschicht. Bekannte Minimalwert der Oberflächenladungsträgerdichte er-
Verfahren zur Bildung einer Oxidschicht auf einem io reichen.
Halbleiterkörper sind: Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung
• ι. η j · ^ Hand bevorzugter Ausführungsformen unter Be-
a) thermische Oxydation, zugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen
b) anodische Oxydation und dargestellt
c) chemische Bildung einer Oxidschicht. 1S . AJb; 1 eirJf Nematische Darstellung im Schnitt
durch ein nach der Erfindung behandeltes Halbleiter-
Die Bildung eines Oxides auf der Oberfläche einer bauelement,
Halbleiterschicht gibt zu einem Effekt Anlaß, wo- A b b. 2 und 3 die graphische Darstellung der Ab-
nach einerseits eine η-leitende Inversionsschicht un- hängigkeit von Oberflächeninversionen von der Zeit
mittelbar unterhalb der Oxidschicht in dem Halb- ao bzw. von der Temperatur,
leiterkörper entsteht, wenn das Innere des Halbleiter- Abb. 4 eine perspektivische Darstellung eines körpers unterhab der Oxidschicht p-leitend ist; wäh- Halbleiterbauelements, auf das das Verfahren nach rend andererseits eine dünne Schicht mit noch höhe- der Erfindung angewandt werden soll,
rer η-Leitfähigkeit unmittelbar unterhalb der Oxid- A b b. 5 und 8 schematische Querschnitte von Halbschicht entsteht, wenn eine η-leitende Halbleiter- 25 leiterbauelementen, auf die das Verfahren nach der schicht vorhanden ist. Diese Erscheinung ist bei- Erfindung angewandt worden ist,
spielsweise in der Zeitschrift »The Bell System A b b. 6 einen Schnitt eines Halbleiterbauelements, Technical Journal«, Bd. 38, Nr. 3, 1959, S. 749 bis hergestellt nach dem Verfahren nach der Erfindung, 783, beschrieben. Man kann diesen Effekt als In- A b b. 7 eine Ersatzschaltung eines Halbleiterbaufluenzeffekt auffassen. Es ist bekannt, daß die auf 30 elements nach A b b. 6,
diesen Effekt zurückgehenden Ergebnisse infolge von A b b. 9 Kennlinien des Halbleiterbauelements
Unterschiedlichkeiten des Verfahrens der Oxid- nach A b b. 6,
schichtbildung und des Verfahrens der Herstellung Abb. 10 eine schematische Darstellung eines wei-
des Einkristalls der Halbleiterschicht (beispielsweise teren Halbleiterbauelements,
nach dem Kristallziehverfahren oder dem Zonen- 35 Abb. U und 12 Kennlinien eines Halbleiterbauschmelzverfahren) sehr stark verschieden sind und elements nach Abb. K),
daß es schwierig ist, eine genaue Reproduzierbarkeit Abb. 13 eine Kapazitätsvariationsdiode,
zu erreichen. Es hat sich ferner gezeigt, daß bei Ent- Abb. 14 eine Ersatzschaltung des Bauelements fernung der Isolatorschicht auf dem Halbleiterkörper nach Abb. 13 und
die η-leitende Inversionsschicht, welche nur in dem 40 Abb. 15, 16 und 17 die Abhängigkeit der Kapa-Bereich unterhalb dieser Isolatorschicht vorhanden zität des Bauelements nach Abb. 13 von der Spanist, verschwindet und daß dieser Bereich in seinen nung bei verschiedenen Behandlungsdauern,
ursprünglichen Leitfähigkeitszustand zurückkehrt. Das in Abb. 1 gezeigte Halbleiterbauelement um-
Aus der österreichischen Patentschrift 227 000 ist faßt eine p-leitende Siliziumhalbleiterschicht 2, deren
ein Wärmebehandlungsverfahren bekannt, durch das 45 eine Oberfläche durch eine Oxidschicht, beispiels-
die Empfindlichkeit einer Tunnelsperrschicht gegen- weise eine Siliziumdioxidschicht 1 bedeckt ist. Auf
über äußeren magnetischen Feldern vergrößert wird. einer Seite der Siliziumdioxidschicht 1 ist eine Elek-
In der deutschen Auslegeschrift 1 055 095 ist ein trode 3 vorgesehen, während mit der gegenüberliegen-
anderes Wärmebehandlungsverfahren beschrieben, den Oberfläche der Halbleiterschicht 2 eine Elek-
wobei eine benetzende Zwischenschicht das Zusam- 50 trode 4 leitend verbunden ist.
menlaufen der schmelzflüssigen Halbleiterschicht ver- Es hat sich gezeigt, daß man durch geeignete Tem-
hindert. Schließlich ist in der deutschen Patentschrift peratur- und Zeitwahl der Wärmebehandlung sowie
071 583 ein elektrischer Formierprozeß für Trocken- durch Wahl der Größe der anliegenden Spannung
gleichrichter beschrieben, bei dem zur Erhöhung der einen gewünschten Leitfähigkeitswert der unmittelbar
Gleichrichierwirkung eine siebartig durchbrochene 55 unterhalb der Siliziumdioxidschicht 1 gebildeten In-
Trennschicht aus Isoliermaterial verwendet wird. Die fluenzschicht bzw. Inversionsschicht S einstellen kann,
in den genannten Druckschriften beschriebenen Ver- Als Halbleiterschicht 2 nach Abb. 1 benutzt man
fahren dienen also nicht zur Erzeugung von Influenz- einen p-leitenden Siliziumhalbleiterkristall, welcher
schichten mit erhöhter Elektronenleitfähigkeit in dem nach dem Kristallziehverfahren hergestellt ist und
unterhalb einer Isolierschicht gelegenen Teil des 60 einen spezifischen Widerstand von 4£2cm aufweist.
Halbleiterkörpers. Dieser Halbleiterkristall wird für die Dauer einer
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Stunde bei einer Temperatur von 1200° C in
Verfahrens, womit eine reproduzierbare und Steuer- einer Wasserdampf enthaltenden Stickstoffatmo-
bare Behandlung der genannten Inversionsschicht Sphäre wärmebehandelt, so daß eine Siliziumdioxidbzw. InUucnzschicht möglich ist. 65 schicht einer Dicke von etwa 300 μπι gebildet wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch Während dieser Behandlung ändert der unterhalb des
gelöst, dal) senkrecht zur Fläche der Isolatorschieht Filmes 1 gelegene Teil der Siliziuinhalbleiterschicht 2
ein elektrisches Gleiehfeld mit einer Feldstärke unter- seinen Leitfiihigkeitstyp und eine Inversionsschicht 5
3 4
mit einer η-Leitfähigkeit wird ausgebildet. Die Ober- getragen sind. Die Kurven 11a, 11, 12, 13 und 14 flächenladungsträgerdichte dieser Schicht 5 beträgt entsprechen jeweils Werten der anliegenden Spannäherungsweise 2-10" Elektronen pro cmä. nung von 0 Volt (für den Fall eines offenen Strom-Das Halbleiterbauelement wird, während eine kreises zwischen den Elektroden 3 und 4 bzw. des Gleichspannung von 3 Volt an den Elektroden 3 5 Fehlens der Elektrode 3), 0 Volt (für den Fall eines und 4 anliegt und die Elektrode 3 bezüglich der Elek- Kurzschlußkreises zwischen den Elektroden 3 und 4), trode4 auf positives Potential bringt, für die Dauer — 1 Volt, -2VoIt und -3VoIt. Danach steigt bei von 30 Minuten auf eine Temperatur von 350° C er- gleichbleibender Behandlungsdauer die Oberflächenhitzt. Damit wird die Oberfiächenladungsträgerdichte ladungsträgerdichte mit zunehmender Spannung an, der in der Siliziumhalbleiterschicht 2 gebildeten In- io entsprechend wie in dem in A b b. 2 erläuterten Fall. versionsschicht 5 auf 2,8 · 10lä Elektronen pro cm2 Für einen Kurzschlußkreis zwischen den Elektroden 3 vermehrt. und 4 erhält man eine vergleichsweise geringe Ober-Die Oberfiächenladungsträgerdichte der Inver- flächenladungsträgerdichte, ebenso im Falle eines sionsschicht, welche unmittelbar unterhalb der Oxid- offenen Kreises zwischen den genannten Elektroden. schicht 1 auf der Halbleiterschicht 2 nach A b b. 1 ge- 15 Es läßt sich weiterhin erkennen, daß die diffcrentielle bildet ist, ist nicht konstant, sondern ändert sich sehr Änderung der Oberfiächenladungsträgerdichte in Abstark und ist lediglich von der Bildung der Silizium- hängigkeit von der Behandlungsdauer für Behanddioxidschicht 1 abhängig. Wenn andererseits die In- lungstemperaturen bis zu 75° C zumeist den Wert 0 versionsschicht 5 unter Anlegen einer Spannung an hat und zwischen 75 und 250° C plötzlich ansteigt, die Halbleiteranordnung eine Wärmebehandlung er- ao während bei noch höheren Temperaturen die Oberfährt, ist die Oberfiächenladungsträgerdichte von flächenladungsträgerdichte in geringerem Maße abTemperatur und Dauer der Wärmebehandlung ab- nimmt. Hieraus ergibt sich, daß eine Temperatur der hängig und von der an den Elektroden 3 und 4 an- Wärmebehandlung oberhalb 75° C erforderlich ist liegenden Spannung; sie zeigt jedoch hierbei meist und daß eine Temperatur der Wärmebehandlung von keine Beziehung zu den Herstellungsbedingungen der »5 mindestens 250° C vorzuziehen ist, da bei diesen Siliziumdioxidschicht 1 auf der Schicht 2. Demgemäß Temperaturen die Anstiege der Kurven vergleichbar kann die Oberfiächenladungsträgerdichte leicht auf sind.
einen gewünschten Wert eingestellt werden. Während bei den in A b b. 2 und 3 erläuterten Bei-
In A b b. 2 ist die Änderung der Oberflächen- spielen nur Behandlungstemperaturen bis 400° C vorladungsträgerdichte in Abhängigkeit von der Behänd- 30 gesehen sind, kann man ein Halbleiterbauelement der
lungszeit bei einer Behandlungstemperatur von oben beschriebenen Art mindestens bis zu dem tiefst-
350° C gezeigt, wobei die Ordinate die Oberflächen- gelegenen Schmelzpunkt eines Bestandteils seines
ladimgsträgerdichte der Influenzschicht und die Ab- Materials erhitzen. Die an den Elektroden 3 und 4
szisse die Behandlungsdauer angibt und die anliegende anliegende Spannung kann bis in die Nähe der Spannung als Parameter aufgezeichnet ist. Die in 35 Durchbruchsspannung der Oxidschicht 1 herauf-
A b b. 2 gezeigten Kurven 6 a, 6, 7, 8, 9 und 10 ent- gesetzt werden.
sprechen dabei jeweils den Werten der anliegenden Es hat sich gezeigt, daß im umgekehrten Fall, bei
Spannung von 0 Volt (im Falle eines offenen Strom- dem an der Elektrode 3 ein negatives Potential liegt
kreises zwischen den Elektroden 3 und 4 bzw. einer die Oberflächenladungsträgerdichte der Influenzfehlenden Elektrode 3), 0 Volt (im Falle eines Kurz- 40 schicht 5 herabgesetzt werden kann.
schlußstromkreises zwischen den Elektroden 3 und 4), Wenn eine Gleichspannung von 10 Volt an der
-0,5 VuIt, -1,5VoIt, -2VoIt und -3VoIt, wo Elektrode 3 des oben beschriebenen Halbleiterbau-
die Polarität der Elektrode 4 gegenüber der Elek- elements mit einer Oberilächenladungsträgerdichte
trode 3 nach A b b. 1 angegeben ist. von 3· 1012 Elektronen pro im3 anliegt und wenn die
Nach diesen Kurven nimmt bei konstanter Behänd- 45 Wärmebehandlung für die Dauer von 30 Minuten bei lungsteniperatur die Oberflächenladungsträgerdichte einer Temperatur von 350 C ausgeführt wird, sinkt mit Vergrößerung der anliegenden Spannung zu. Im die Oberflächenladungstriigerdichte der Influenz-Falle eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden 3 schicht 5 sehr schnell auf 2· 1011 Elektronen pro cm-' und 4 ist die Oberflächeniadungsträgerdichte ver- ab. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß eine Änderung gleichsweise niedrig, ebenso im Falle eines offenen 50 der obigen Behandlungsbedingungen nicht unter den Stromkreises zwischen den Elektroden. Weiterhin Wert 2·10~η führt. Dieser Zustand entspricht dem läßt sich beobachten, daß die differentielle Änderung Punkt A in A b b. 2 und dem Punkt B in A b b. 3, der Oberilächenladungsträgerdichte in Abhängigkeit und der zu diesem Punkt gehörige Wert wird als mivon der Behandlungsdauer für Behandlungszeiten bis nimale Oberflächenladungsträgerdichte bezeichnet. zu 10 Minuten unerwartet steil ist, während sie da- 55 Man kann die Oberilächenladungsträgerdichte nach im wesentlichen konstant bleibt. Aus diesem durch Anlegen einer Spannung mit umgekehrtem Grunde ist eine Behandlungsdauer oberhalb von Vorzeichen auf ihren Miniinalwert herabsetzen und 10 Minuten empfehlenswert. Die Anstiege der Kur- sodann durch Anlegen der erforderlichen positiven ven vermindern sich mit Abnahme der anliegenden Spannung sowie durch Erhitzen die Oberflächen-Spannung, bis sie den Wert 0 erreichen. 60 ladungsträgerdichte auf den jeweils gewünschten Wert
In anderer Betrachtung der Wärmebehandlung ist einstellen.
in A b b. J die Änderung der Oberflächenladungs- Das erlindungsgeinäße Verfahren ist im obigen an trägerdichte in Abhängigkeit von der Behandlungs- Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es ist temperatur mit der anliegenden Spannung als Para- jedoch schwierig, die jeweilige Oberflächenladungsmeter für eine jeweils gleiche Behandlungsdauer von 65 trägerdichte theoretisch zu begründen, weiche nach Minuten dargestellt, wobei auf der Ordinate die diesem Verfahren erhöht oder erniedrigt und damit Obeitlächenladungsträgerdichte der Influenzschicht eingestellt werden kanu. Man kann sich jedoch foluikI auf tier Abszisse die Behandlungstemperatur auf- gende Wirkungsweise vorstellen.
5 6
Da beim Anlegen einer positiven Spannung an der Seitenfläche 18a des Halbleiterkörpers 18 verbindet Elektrode 3 bezüglich der Siliziumhalbleiterschicht 2 (in Abb. 4 nicht eingezeichnet). Auf der Oberfläche die Siliziumdioxidschicht 1 von einem elektrischen 18a des Halbleiterkörpers 18 wird nach A b b. 5 eine Feld durchsetzt wird, sammeln sich positive Ionen, Siliziumdioxidschicht 20 gebildet, auf die eine Steueralso eine positive Ladung, in demjenigen Teil der s elektrode 21 aufgebracht wird. Auf den jeweiligen Siliziumdioxidschicht an, welcher an die Elektrode 3 p-leitenden Schichten 17 werden eine Zuleitungselekgrenzt. Es ist anzunehmen, daß diese positiven Ionen . trode 22 sowie eine Ableitungselektrode 23 gebildet. eine Anziehungskraft auf die innerhalb der Silizium- Schließlich wird eine Steuerelektrode 21 α auf der halbleiterschicht in der Nähe der Grenzfläche zwi- η-leitenden Schicht 16 erzeugt. sehen Siliziumdioxidschicht 1 und Schicht 2 befind- io Bei einem solchen Feldeffekttransistor sollte der lieben Ionen ausüben und in diesem Gebiet einen Leitfähigkeitskanal 19 eine schwache p-Leitfähigkeit Donatorbereich erzeugen. Wenn also eine p-leitende oder eine i-Leitfähigkeit aufweisen, damit man eine Siliziumhalbleiterschicht 2 benutzt wird und wenn auf geeignete Kennlinie erhält. Die Einstellung der Leitderselben eine Siliziumdioxidschicht erzeugt wird, Fähigkeit des p-leitenden Leitfähigkeitskanals mittels wird unterhalb dieser Schicht 1 eine Influenzschicht 15 bekannter Verfahren, wie z. B. Fehlstellendiffusion, in Form einer η-leitenden Inversionsschicht 5 erzeugt. ist jedoch sehr schwierig, und die Abweichungen der Wenn andererseits eine η-leitende Siliziumhalbleiter- Kennlinien sind daher groß.
schicht 2 benutzt wird und auf derselben eine SiIi- Nach dem Verfahren nach der Erfindung ist jedoch
zhimdioxidschicht 1 gebildet wird, bildet sich unter- eine sichere Einstellung der Inversionsschicht möglich. halb der Schicht! eine η+-Schicht. Man muß an- ao Im Zuge der beschriebenen Wärmebehandlung liegt die nehmen, daß bei einer Erhitzung unter den obenge- Elektrode in bezug auf die Elektrode 21 α auf einem nannten Verfahrensbedingungen und beim nachfol- negativen Potential, um die Oberflächenladungsgenden Abkühlen auf Zimmertemperatur die n-lei- trägerdichte des p-leitenden Leitf^higkeitskanals 19 tende Influenzschicht 5 gebildet wird. Man kann den- einzustellen. Auf diese Weise ist die Herstellung eines selben Effekt beobachten, wenn zwischen die Elek- as Feldeffekttransistors nach A b b. 6 möglich, dessen trode 3 und den Siliziumdioxidfilm 1 ein Glimmer- Kennlinien in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des plättchen 5' eingesetzt wird, wie in A b b. 1 gezeigt. Leitfähigkeitskanals eingestellt werden können.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei Durchfüh- Dieser Feldeffekttransistor kann durch ein verein-
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens Größe, Form fachtes Ersatzschaltbild nach A b b. 7 dargestellt wer- und Lage der Influenzschicht 5 durch Größe, Gestalt 30 den. Im Betrieb liegt an der Zuleitungselektrode 22 und Lage der Elektrode 3 beeinflußt werden, jedoch und der Ableitungselektrode 23 eine Gleichspannung meist vollständig unabhängig von Einflüssen durch VB an, welche eine negative Spannung der Zulei-Größe, Form und Lage der Elektrode 4 sind. Diese tungselektrode 22 in bezug auf die Ableitungselek-Erscheinung kann auf folgende Weise erklärt werden. trode 23 sowie einen Stromfluß//, erzeugt; eine be-Solangc das Halbleiterbauelement aufgeheizt ist, er- 35 züglich der Zuleitungselektrode 22 positive Steuerreicht die elektrische Feldstärke zwischen den Elek- gleichspannung V% liegt an der Steuerelektrode 21. troden 3 und 4 im Bereich der Siliziumdioxidschicht Sodann kann durch Änderung der Steuergleichspansehr hohe Werte und im Bereich der Siliziumhalb- nung Vt der Strom In variiert werden. Die entspreleiterschicht 2 sehr kleine Werte, da der Widerstand chenden statischen Kennlinien sind in A b b. 9 darder Siliziumhalbleiterschicht 2 sehr viel kleiner als 40 gestellt. Auf der Ordinate sind der Strom In, auf der der Widerstand des Siliziumdioxides 1 ist. Infolge- Abszisse die an Zuleitungs- und Ableitungselektroden dessen wird unmittelbar unterhalb der Elektrode in 22 und 23 anliegende Spannung VB aufgetragen. Die der Grenzschicht zwischen dem Siliziumdioxidfilm 1 Kurven 25, 26, 27 28 und 29 stellen jeweils FH-//r und der Schicht 2 ein elektrisches Feld erzeugt, wel- Kennlinien für verschiedene Werte der Steuergleiehches eine Änderung der Leitfähigkeit der Schicht 2 45 spannung V1 dar und lassen erkennen, daß der Strom nur in dem unterhalb der Elektrode gelegenen Be- In mit zunehmender Steuergleichspannung ansteigt. reich hervorruft. Wenn auch nach dem beschriebenen Ausführungs-
Bei einem bekannten Feldeffekttransistor werden beispiel die Erfindung bei einem Feldeffekttransistor auf der Oberfläche einer Halbleiterschicht mit einem mit bereits vorhandenem Leitfähigkeitskanal angebestimmten Leitfähigkeitstyp zwei getrennte, vonein- 50 wandt wird, kann die unterhalb der Siliziumdioxidander unabhängige Bereiche gebildet, deren Leit- schicht erzeugte Inversionsschicht auch unmittelbar fähigkeitstyp dem der Halbleiterschicht entgegen- als Leitfähigkeitskanal dienen, wie im folgenden Beigesetzt ist. Sodann wird beispielsweise nach dem spiel beschrieben ist. Als Halbleiterkörper 18 nacli Diffusionsverfahren ein Leitfähigkeitskanal erzeugt, Abb.4 wird eine Halbleiterplatte aus einer p-Ieitenwelcher die beiden Bereiche miteinander verbindet 55 den Grundschicht 16 mit auf zwei Seiten derselben und dasselbe Leitfähigkeitsverhalten wie dieselben gebildeten η-leitenden Bereichen 17 benutzt, bei welaufweist. Dann wird auf einer Isolatorschicht, bei- eher auf einer Oberfläche 18 a eine Siliziumdioxidspielsweise einer Siliziumdioxidschicht, auf dem Leit- schicht 20 gemäß Abb. 8 gebildet ist. Auf dieser fähigkcitskanal eine Steuerelektrode gebildet. Schließ- Schicht 20 wird eine erste Steuerelektrode 21 gebildet, lieh werden Zuleitungs- und Ableitungselektroden je- 60 und auf den η-leitenden Bereichen 17 werden jeweils weils leitend mit den genannten beiden Bereichen Zuleitungs- und Ableitungselektroden 22 und 23 geverbunden, bildet. Zusätzlich wird auf der p-leitenden Grund-
Ein Halbleiterkörper 18 nach Abb. 4 besteht aus schicht 16 eine zweite Steuerelektrode 21 σ gebildet. einer η-leitenden Siliziumhalbleiterschicht 16 sowie Bei einem Halbleiterbauelement dieser Art ist die Inzwei, auf zwei Seiten derselben gebildeten p-leitenden 65 fluenzschicht 24 unterhalb der Siliziumdioxidschicht Schichten 17. Darum ist mittels des Diffusionsverfah- 20 außerordentlich instabil und bewirkt große Ahrens ein p-leitender Leitfähigkeitskanal 19 erzeugt, weichungen der Kennlinien. Da diese Influenzschicht welcher die p-leitenden Schichten 17 über eine in diesem Zustand zur Verwendung als Leitfähig-
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keitskanal ungeeignet ist, wird nach der Erfindung Im Hinblick auf diese unerwünschte Streuung der
eine Wärmebehandlung durchgeführt, bei welcher die Kennlinien erfolgt eine Wärmebehandlung des Feld-Elektrode 21 gegenüber der Elektrode 21 α auf einem effekttransistors bei einer Temperatur von 350° C negativen Potential gehalten wird. Dadurch wird die während einer Dauer von 30 Minuten, wobei gleich-Oberflächenladungsträgerdichte auf ihren Kleinstwert 5 zeitig eine Gleichspannung von 10 Volt an den Elekherabgesetzt. Sodann wird eine weitere Wärme- troden 21 und 21 α anliegt, welche die Steuerelekbehandlung durchgeführt, bei welcher die Elektrode trode 21 auf einem positiven Potential gegenüber der 21 gegenüber der Elektrode 21 α auf einem positiven Steuerelektrode 21 α hält. Der auf diese Weise behan-Potential gehalten wird, wodurch man einen Feld- delte Feldeffekttransistor zeigt statische Kennlinien effekttransistor erhält, dessen Leitfähigkeitskanal zur io nach Abb. 12 und arbeitet selbst mit kleinem Ein-Erzielung der gewünschten Kennlinien des Transistors gangssignal befriedigend. Außerdem werden so eingestellt ist. Kennlinien mit großer Stabilität und hohem gm-Wert
Ein Ersatzschaltbild eines solchen Feldeffekttran- erhalten. Weiterhin können so Schwankungen zwisistors ist in A b b. 7 dargestellt. Im Betrieb liegt an sehen den Kennlinien verschiedener Feldeffekttranden Zuleitungs- und Ableitungselektroden 22 und 23 15 sistoren praktisch vollkommen vermieden werden. In eine Gleichspannung an, welche beispielsweise die Abb. 12 stellen die Kurven35, 36, 37 und 38 und Zuleitungselektrode 22 auf positivem Potential hält 39 die Kennlinien für verschiedene Werte der und einen Stromfluß I0 bewirkt. An der Steuerelek- Steuergleichspannung Vg von — 0,6 Volt, — 0,4 Volt, trode 21 liegt eine Steuergleichspannung Vg an, — 0,2 Volt, 0 Volt und + 0,2 Volt dar.
welche die Steuerelektrode 21 in entsprechender ao Da ein Feldeffekttransistor durch Leitfähigkeits-Weise auf negativem Potential hält. Durch Änderung modulation des Leitfähigkeitskanals betrieben wird, der Steuergleichspannung Vg kann man den Strom I0 ist eine genaue Einstellung der Leitfähigkeit des ändern. Die statischen Kennlinien nach A b b. 9 stel- Kanals wesentlich. Mittels der Diffusions- oder eines len auch die Kennlinien des Feldeffekttransistors nach ähnlichen Verfahrens ist jedoch die Einstellung der A b b. 8 dar. 25 Leitfähigkeit schwierig, und Abweichungen der Kenn-
Ein weiteres Beispiel eines nach dem vorliegenden linien lassen sich nicht vermeiden. Diese Kennlinien Verfahren hergestellten Feldeffekttransistors ohne sind ferner sehr stark von dem Herstellungsverfahren eindiffundierten Leitfähigkeitskanal ist in Abb. 10 des Halbleiterausgangskristalles abhängig sowie von dargestellt. In diesem Fall ist als Halbleiterkörper 18 dem Herstellungsverfahren der Oxidschicht,
eine p-Ieitende Siliziumschicht 16 mit einer Dicke 30 Unter Anwendung des vorliegenden Verfahrens von 200 μΐη, einer Breite von 500 μΐη und einer Länge kann nun die Leitfähigkeit des Leitfähigkeitskanals von 2000 μΐη benutzt, und auf einer Oberfläche der leicht eingestellt werden, wie man deutlich an Hand Halbleiterschicht 16 sind durch Diffusion zwei in der A b b. 2 und 3 erkennt. Diese Einstellung kann einem gegenseitigen Abstand von 30 μΐη befindliche überdies vollständig unabhängig von dem Hersteln-leitende Bereiche 17 erzeugt, welche jeweils 100 μπτ 35 lungsverfahren der Schichten des Halbleiterkörpers breit und 5 μΐη tief sind. Zusätzlich wird auf einer und der Oxidschicht durchgeführt werden. Man Oberfläche 18 a bei einer Temperatur von 1200° C erhält auf diese Weise einen außerordentlich stabilen in einer Wasserdampf enthaltenden Stickstoffatmo- Feldeffekttransistor ohne Abweichungen der Kennsphäre eine Siliziumdioxidschicht 20 mit einer Dicke linien, wenn man einen Feldeffekttransistor nach dem von 300 μΐη gebildet. Teile der Siliziumdioxidschicht 40 vorliegenden Verfahren behandelt und dabei die 20 oberhalb der n-Ieitenden Bereiche 17 werden ent- Leitfähigkeit des Leitfähigkeitskanals auf den Kleinstfemt und Zuleitungs- sowie Ableitungselektroden 22 wert der Oberflächenladungsträgerdichte gemäß dem und 23 werden mit den betreffenden Bereichen 17 Punkt A in A b b. 2 und dem Punkt B in A b b. 3 verbunden. Man sieht eine Metallelektrode 21 als einstellt, da die Leitfähigkeit des Leitfähigkeitskanals erste Steuerelektrode vor, welche mit demjenigen Teil 45 in diesem Fall nicht weiter abnehmen kann,
dere Oxidschicht Kontakt hat, welcher der die beiden Ein weiteres Anwendungsbeispiel des vorliegenden
η-leitenden Bereiche 17 überbrückenden Influenz- Verfahrens ist die Herstellung der bekannten Kapazischicht 24 gegenüberliegt. Weiterhin wird eine zweite tätsvariationsdioden mit einer Isolatorzwischenschicht Steuerelektrode 21α mit der p-leitenden Silizium- (auch Metall-Oxid-Halbleiter-Dioden oder MOS-grundschicht 16 verbunden. 5° Dioden genannt).
Zunächst erhält man einen sehr instabilen η-leiten- Die in Abb. 13 im Schnitt dargestellte MOS-
den Leitfähigkeitskanal 24 zwischen den η-leitenden Diode umfaßt eine Siliziumdioxidschicht 40 mit einer Bereichen 17 unterhalb der Siliziumdioxidschicht 20. Dicke von 300 μΐη, eine p-Ieitende Siliziumgrund-Infolgedessen sind die statischen Kennlinien insbe- schicht 41 mit einem spezifischen Widerstand von sondere im Bereich kleiner Spannungen unbefriedi- 55 4 ßcm, eine auf der Siliziumdioxidschicht 40 angeordgend, wie man aus Abb. 11 erkennt. Außerdem ist nete Aluminiumelektrode42 mit einem Durchmesser der Wert von gm (dem Verhältnis zwischen Ausgangs- von 2 mm, eine gleichzeitig mit der Bildung der SiIistromänderungen und Eingangsspannungsänderun- ziumdioxidschicht 40 erzeugte Inversionsschicht 43 gen) sehr klein, und die Streuungen der Größe gm und eine Elektrode 44, die mit der Grundschicht 41 zwischen verschiedenen, derartigen Feldeffekttransi- 60 verbunden ist. Diese Kapazitätsvariations-Diode kann stören sind sehr groß. In Abb. 11 sind auf der Ordi- durch ein Ersatzschaltbild nach Abb. 14 dargestellt nate der Entladungsstrom ID und auf der Abszisse die werden, welches einen Kondensator C0 mit konstan-Spannung VB zwischen Zuleitungs- und Ableitungs- ter Kapazität auf Grund der Siliziumdioxidschicht 40, elektrode aufgetragen. Die Kurven 30, 31, 32, 33 und einen von der Leitfähigkeit der Inversionsschicht her-34 stellen Kennlinien für verschiedene Werte der 65 rühreneden Widerstand Z und einen Kondensator Q Steuergleichspannung der ersten Steuerelektrode 21 mit veränderlicher Kapazität umfaßt, dessen Kapazivon -40VoIt, -3OVoIt, -20VoIt —10 Volt und tat sich entsprechend der anliegenden Spannung än-0 Volt dar. dert und welcher parallel zu dem Widerstand Z liegt.
Wenn an den Elektroden 42 und 44 eine Wechselspannung mit einer Amplitude von 0,3 Volt und einer Frequenz von 1000 Hz anliegt und der statische Kapazitätswert zwischen den beiden Anschlüssen für verschiedene anliegende Spannungsamplituden gemessen wird, erhält man Kurven nach Abb. 15. In Abb. 15 stellt die Ordinate den statischen Kapazitätswert C und die Abszisse die an den Anschlüssen anliegende Gleichspannung V dar. Die Kurven 45, 46 und 47 zeigen jeweils die spannungsabhängigen Kennlinien der statischen Kapazität verschiedener Exemplare. Es zeigt sich, daß die Abweichungen zwischen verschiedenen Kennlinien ziemlich groß sind.
Eine Kapazitätsvariationsdiode mit den obigen Kennlinien wurde einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 350° C für eine Dauer von etwa 15 Minuten ausgesetzt, wobei gleichzeitig eine Gleichspannung von 20 Volt an den Elektroden 42 und 44 anlag, welche die Seite der p-leitenden Siliziumgrundschicht, auf einem positiven Potential hielt. Die Diode wurde sodann abgekühlt, und die Kennlinien wurden unter denselben Bedingungen gemessen. Als Ergebnis wurden die Kennlinien nach Abb. 16 erhalten, in der die Ordinate die statische Kapazität C und die Abszisse die an den Elektroden anliegende Gleichspannung V angibt. Es zeigt sich, daß der Anstieg der statischen Kapazität bezüglich der Steuergleichspannung bei den verschiedenen Exemplaren im wesentlichen zusammenfällt. Abweichungen zwischen den Kurven werden nur in ihren horizontalen Abschnitten des Sättigungsbereichs beobachtet. Durch Nachprüfung konnte gezeigt werden, daß diese Abweichungen von Größenschwankungen der auf der Siliziumdioxidschicht 40 aufgebrachten Aluminiumelektrode 42 abhängen und daß durch Vereinheitlichung der Größe der Aluminiumelektrode 42 MOS-Dioden mit gleichen Kennlinien in einfacher Weise hergestellt werden können.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die Lage des Abschnittes D der Kennlinien in A b b. 16 mit einer großen Spannungsabhängigkeit der statischen Kapazität durch geeignete Auswahl der Behandlungsbedingungen wunschgemäß eingestellt werden kann. Wenn im einzelnen an den Elektroden 42 und 44 eine Gleichspannung von 3 Volt in der Weise anliegt, daß die p-leitende Siliziumhalbleiterschicht 41 negativ wird und wenn die Behandlungszeit bei einer Behandlungstemperatur von 350° C verlängert wird, werden die Kennlinien gemäß Abb. 17 allmählich nach rechts verschoben. Die Kurven 48, 49, 50, 51 und 52 sind Kennlinien entsprechend dem Ausgangszustand, einer Behandlungsdauer von 5 Minuten, von 10 Minuten, von 20 Minuten und von 33 Minuten.
Auf diese Weise kann die Lage des Abschnittes D der statischen Kapazität von der Steuergleichspannung nach A b b. 16 durch jeweilige Änderung der Behandlungsdauer willkürlich eingestellt werden.

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Behandeln von Halbleiterbauelementen aus einem kristallinen Halbleiter-
60 körper und einer mindestens einen Oberflächenbereich überdeckenden anorganischen Isolatorschicht, bei dem in dem unterhalb der Isolatorschicht gelegenen Teil des Halbleiterkörpers eine Erhöhung der Elektronenleitfähigkeit entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zur Fläche der Isolatorschicht ein elektrisches Gleichfeld mit einer Feldstärke unterhalb der Durchbruchfeldstärke der Isolatorschicht bei gleichzeitiger Erhitzung des Halbleiterbauelements angelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Isolatorschicht und auf der gegenüberliegenden Fläche des Halbleiterkörpers eine Elektrode aufgebracht wird und daß zur Erzeugung des elektrischen Feldes eine Spannung zwischen diesen Elektroden angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium und die Isolatorschicht aus Siliziumdioxid besteht und daß die Erhitzung für eine Dauer von 10 Minuten auf über 75° C erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper zur Einstellung der Oberflächenladungsträgerdichte auf einen gewünschten erhöhten Wert durch das anliegende elektrische Feld ein negatives Potential erhält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper zur Herabsetzung der Oberflächenladungsträgerdichte auf einen Minimalwert durch das anliegende elektrische Feld ein positives Potential erhält.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Erhitzung anzulegende elektrische Gleichfeld zunächst mit solcher Polarität angelegt wird, daß der Halbleiterkörper positiv ist, um dadurch die Oberflächenladungsträgerdichte auf einen Minimalwert herabzusetzen, und anschließend mit der entgegengesetzten Polarität angelegt wird, um dadurch die Oberflächenladungsträgerdichte auf den gewünschten Wert einzustellen.
7. Verfahren zum Behandeln eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des während der Erhitzung anzulegenden elektrischen Gleichfeldes eine elektrische Spannung zwischen Steuerelektrode und Halbleiterkörper angeleget wird.
8. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Behandlung eines Halbleiter-Bauelements, das aus einem Halbleiterkörper eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer mindestens einen Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers überdeckenden Isolierschicht und einer in dem unterhalb der Isolierschicht gelegenen Teil des Halbleiterkörpers befindlichen, induzierte Ladungsträger enthaltenden Inversionsschicht besteht, deren Oberflächen-Ladungsträgerdichte auf einen Minimalwert herabgesetzt ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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