DE1564139C - Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Feldeffekttransistoren mit einer gegenüber einem Strompfad isolierten Steuerelektrode, bestehend aus einem Halbleitersubstrat des einen Leitfähigkeitstyps, in dessen einer Oberfläche die durch den Strompfad getrennten Quellen- und Abflußelektroden des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind; die Erfindung bezieht sich auch auf ein Herstellverfahren für solche Feldeffekttransistoren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mittel anzugeben, womit die Festlegung des Abstandes zwischen der Quellen- und der Abflußelektrode verbessert wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Länge des Strompfades gleich ist der Dicke einer am Ort des Strompfades epitaktisch gewachsenen Schicht aus Halbleitermaterial des Substratleitfähigkeitstyps.

Ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Feldeffekttransistors, bei dem auf eine Oberfläche, eines Halbleitersubstrats des einen Leitfähigkeitstyps eine erste epitaktische Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufgebracht wird und diese erste epitaktische Schicht mit einer bis in das Substrat hineinreichenden Ausnehmung versehen wird, besteht darin, daß nur die Ausnehmung mit einer zweiten epitaktischen Schicht vorgegebener Dicke und gleichen Leitfähigkeitstyps wie das Substrat ausgekleidet wird, daß die in der Oberfläche dann noch verbleibende Ausnehmung durch eine dritte epitaktische Schicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps wie das Substrat aufgefüllt wird, so daß die erste, zweite und dritte epitaktische Schicht gemeinsam eine ebene Oberfläche bilden, und daß an dieser Oberfläche die erste und die dritte epitaktische Schicht mit metallischen ohmschen Kontaktelektroden und die zweite epitaktische Schicht mit einer durch eine Isolierschicht von ihr getrennten Metallelektrode versehen werden.
- Aus der deutschen Auslegeschrift 1 090 770 ist zwar das Herstellverfahren eines nachdiffundierten Legierungstransistors mit möglichst kleinem Abstand zwischen Basis- und Emitterelektrode bekannt. Hierzu wird nach dem Einlegieren der Basispille und vor dem Nachdiffundieren diese bis in den Kollektorkörper hinein mit einer Nut versehen, wodurch auch die beim Abkühlen nach dem Legieren entstandene Rekristallisationszonedurchtrennt wird. Nacheiner Abwandlung dieses Verfahrens können beide Hälften der durchtrennten Basispille mit gleichartigen niederohmigen Kontaktierungszonen versehen werden, so daß diese Anordnung als Feldeffekttransistor, allerdings mit steuerndem pn-Ubergang, dienen kann. Das bekannte Verfahren führt also zu einem anderen Bauelement als das erfindungsgemäße Verfahren.

Die Erfindung wird nun im einzelnen an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.

F i g. 1 zeigt im Schnitt die bekannte Konstruktion einesFeldeffekttransistorsmit isolierter Steuerelektrode, und

F i g. 2a bis 2e zeigen im Schnitt Fertigungsstufen eines Feldeffekttransistors nach der Erfindung.

Nach einer allgemein gebräuchlichen Konstruktion eines Feldeffekttransistors, wie in F i g. 1 gezeigt, werden in einem einen Halbleiterkristall 1 des einen Leitfähigkeitstyps enthaltenden Substrat zwei diffundierte Zonen 3 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mittels der sogenannten Planardiffusionstechnik durch eine maskierende Schicht 2 hindurch gebildet. Eine dünne Isolierschicht 4 wird auf die Oberfläche zwischen die diffundierten Zonen 3 und ein· metallischer Kontakt 6 auf diese Schicht aufgebracht. Dann werden metallische Kontakte 5 und 7 als ohmsche Kontaktelektroden an den diffundierten Zonen 3 angebracht. Die Metallschicht 6 dient als Steuerelektrode und die Kontakte 5 und 7 als Quellen- und Abflußelektroden. Eine zwischen der Steuerelektrode und dem Sub-. strat 1 angelegte Potentialdifferehz verändert die an der Oberfläche des Halbleiters induzierte Ladung und

ίο kann'däzü benützt werden, den zwischen der Quellen- und Abflußelektrode fließenden Strom zu steuern.

In einem solchen Bauelement wird die minimale Länge des Strompfades (oder Kanals) zwischen der Quelle und dem Abfluß durch die Genauigkeit begrenzt, mit der die diffundierten Zonen nebeneinander unter Vermeidung von gegenseitigem Kontakt angeordnet werden können. In der Praxis werden gewöhnlich Längen von 25 μπι oder größer angewendet. Der Frequenzgang dieses Bauelements ist bei hohen Frequenzen umgekehrt proportional der Länge L des Kanals. Für das optimale Verhalten bei hohen Frequenzen ist es auch wünschenswert, daß dieser Parameter so klein wie möglich gemacht wird. Bei Anwendung der Epitaxialtechniken, wie sie im oben angegebenen Verfahren genannt wurden, können Längen.des Kanals in der Größenordnung von wenigen μηι oder sogar kleiner leicht erreicht werden:

Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung läßt man eine erste epitaktische η-Schicht (Zone II) sehr kleinen spezifischen Widerstands (beispielsweise 0,001 Dem).auf einer p-Siliziumscheibe (Zone I), die einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 1 Qcm hat, aufwachsen. Dies wird bei 11 und 10 in F i g. 2a bis 2e gezeigt.

Eine Oxydschicht 12 läßt man auf der epitaktischen Schicht (Zone II) thermisch aufwachsen und maskiert sie unter Anwendung der photolithographischen Technik. In die Oxydschicht wird ein Loch 13 von annähernd 100 μΐη Durchmesser geätzt. Unter Verwendung der verbleibenden Oxydschicht als Maske wird die Scheibe bei annähernd 1000⁰C in einer Wasserstoffchlorid enthaltenden Atmosphäre.erhitzt. Dadurch wird ein Loch 14 durch die epitaktische Schicht 11 hindurch geätzt. Dann läßt man eine zweite epitaktische Schicht 15 (Zone III) von p-Silizium eines spezifischen Widerstandes von ungefähr 5Ωαη und einer Dicke von 5 μπι aufwachsen, die dieses Loch auskleidet, wie in F i g. 2c gezeigt. Nun läßt man eine dicke epitaktische Schicht 16 (Zone IV), jetzt aber mit η-Leitfähigkeit von etwa 0,001 Qcm aufwachsen, um den verbliebenen Teil des Loches zu füllen. Eine Oxydschicht 17 von ungefähr 1000 Ä Dicke läßt man schließlich über der Stelle des nun angefüllten Loches an der Oberfläche der Scheibe aufwachsen.

Durch das Oxyd hindurch werden wieder unter Anwendung der photolithographischen Technik Löcher geätzt. Als Elektroden für die Quellen- und Abflußzonen vom η-Typ werden metallische Kontakte 18 und 20 auf dem Silizium angebracht. Eine weitere Metallelektrode 19 wird als-Steuerelektrode auf der Oxydschicht zwischen der Quellen- und der Abflußzone angebracht. Die Endmontage und das Verkapseln des Bauteiles wird in bekannter Weise ausgeführt.
Es ist ersichtlich, daß der Abstand zwischen der Quellen- und der Abfiußzone^im wesentlichen durch die Dicke der zweiten epitaktischen Schicht 15 bestimmt wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht

auf Silizium als Halbleitermaterial beschränkt ist. Einige andere Halbleiter, wie z. B. Germanium, besitzen kein beständiges Oxyd. In diesem Falle ist es notwendig, geeignete Masken und Isolierschichten beispielsweise durch Aufdampfen aufzubringen. Zu diesem Zweck kann Siliziumoxyd verwendet werden. Feldeffekttransistoren mit n- oder p-Typ-Kanälen können ebenso leicht hergestellt werden. "Während. nach der beschriebenen Ausführungsform die Unterschiede-in der Oxyddicke die Lage des Strompfades anzeigen, können dazu auch andere Methoden, z.B. Prüfsonden, verwendet werden.

Außerdem sind zum Erreichen der erforderlichen Beziehungen zwischen den einzelnen Zonen andere räumliche Anordnungen möglich, wobei das Substrat 10 »s überflüssig wird und die Zone 15 (die »zweite epitaktische Schicht«) anderweitig als in einer Ausnehmung der Zone 11 erzeugt wird. Das Substrat 10 dient hauptsächlich als ein Mittel, um die Steuergegenelektrode zu erhalten, welche ebenso auf anderen Wegen .erhalten werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Feldeffekttransistor mit einer gegenüber einem Strompfad isolierten Steuerelektrode, bestehend

■ aus einem Halbleitersubstrat des einen Leitfähigkeitstyps, in dessen einer Oberfläche die durch den Strompfad getrennten Quellen- und Abflußelektroden des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind, dadurch* gekennzei ehnet, daß die Länge des Strompfades gleich ist der Dicke einer am Ort des 'Strompfades epitaktisch gewachsenen Schicht (15) aus Halbleitermaterial des Substratleitfähigkeitstyps.

2. Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekt-■transistors nach Anspruch 1, bei dem auf eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats des einen Leitfähigkeitstyps (Zone I) eine erste epitaktische Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (Zone II) aufgebracht wird und diese erste epitaktische Schicht (Zone II) mit einer bis in das Substrat (Zone I) hineinreichenden Ausnehmung versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Ausnehmung mit einer zweiten epitaktischen Schicht (Zone III) vorgegebener Dicke und gleichen Leitfähigkeitstyps wie das Substrat ausgekleidet wird, daß die in der Oberfläche dann noch verbleibende Ausnehmung durch eine dritte epitaktische Schicht (Zone IV) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps wie das Substrat aufgefüllt wird, so daß die erste, zweite und dritte epitaktische Schicht, (Zone II, III und IV) gemeinsam eine ebene Oberfläche bilden, und daß an dieser Oberfläche die erste und die dritte epitaktische Schicht (Zone II . und IV) mit metallischen ohmschen Kontaktelektroden und die zweite epitaktische Schicht (Zone III) mit einer durch eine Isolierschicht von ihr getrennten Metallelektrode versehen werden.

3. Verfahren nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite epitaktische Schicht (Zone III) in einem durch die erste epitaktische Schicht (Zone II) hindurch in die Oberfläche des Halbleitersubstrates geätzten Loch aufwächst.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial des Substrates und der epitaktischen Schichten aus Silizium besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial des Substrates '-und der epitaktischen Schichten aus Germanium besteht. ·.■■*■

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleitersubstrates vor dem Ätzen durch eine mindestens teilweise aus einem Oxyd des Siliziums bestehende, isolierende Schicht maskiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen