DE1564829C3 - Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors. Dieses Verfahren ist insbesondere auch zum Herstellen komplementärer Feldeffekttransistoranordnungen mit Kanälen von entgegengesetzten Leitungstypen auf der gleichen halbleitenden Unterlage anwendbar.

Es ist bekannt, Schaltungsmuster in einer epitaktisch aufgewachsenen Halbleiterschicht herzustellen (französische Patentschrift 1 378 131).

Für manche Anwendungsfälle ist es erwünscht, kom-S plementäre Transistoranordnungen auf einer gemeinsamen Schicht oder Unterlage einer integrierten Schaltung vorzusehen. Da jedoch komplementäre Anordnungen definitionsgemäß entgegengesetzte Leitungstypen für einander entsprechende Komponenten erfordem, entspricht der Leitungstyp der halbleitenden Unterlage nur demjenigen der einen komplementären Anordnung. Infolgedessen muß eine Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp in der Basisunterlage für die andere komplementäre Anordnung geschaffen werden. Dies führt zu Problemen bei der Steuerung der Fremdstoffkonzentrationen.

Die Fremdstoffkonzentrationen sind besonders kritisch bei Feldeffekttransistoren mit MOS-Strukturen. Bei diesen Anordnungen wird eine verhältnismäßig schwach dotierte Zone unterhalb der Gate-Elektrode benötigt, um eine Leitungsumkehr des Kanals zwecks Einleitung des Leitvermögens zwischen dem Source- und Drainanschluß zu bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges, verbessertes Verfahren zum Herstellen von Feldeffekttransistoren zu entwickeln, bei dem die Fremdstoffkonzentrationen besonders genau steuerbar sind.

Ferner soll es durch die Erfindung ermöglicht werden, komplementäre Feldeffekttransistoren auf bzw. in ein und derselben halbleitenden Unterlage herzustellen. Weiter bezweckt die Erfindung, das Herstellen eines MOS-Feldeffekttransistors zu ermöglichen.

Das Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß auf einem bestimmten Bereich der einen Seite einer halbleitenden Unterlage vom einen Leitungstyp eine Zone mit hoher Fremdstoffkonzentration vom gleichen Leitungstyp durch Aufdampfen aufgebracht wird, daß dann auf dieser Seite eine halbleilende Schicht vom entgegengesetzten Leitungstyp aufgebracht wird, um einen gleichrichtenden Übergang zu bilden, und daß danach an derjenigen Stelle dieser halbleitenden Schicht, die dem Bereich gegenüberliegt, zwei getrennte halbleitende Zonen von dem erwähnten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufgebracht werden, daß dann die Zone hoher Fremdstoffkonzentration in die halbleitende Schicht in Richtung der Oberfläche dieser Schicht eindiffundiert und der Diffusionsvorgang dadurch überwacht wird, daß an die zwei getrennten Zonen eine Spannung angelegt und der Diffusionsvorgang abgebrochen wird, sobald die Überwachung praktisch das Vorhandensein einer Diodenwirkung zwischen der einen dieser Zonen und der halbleitenden Schicht erkennen läßt. Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

F i g. 1 ist eine Grundrißdarstellung einer nach dem neuen Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Anordnung;

F i g. 2 ist eine Querschnittansicht längs der Linie 2-2 von Fig. 1;

F i g. 3 bis 7 sind partielle Darstellungen zur Veranschaulichung der einzelnen Schritte des neuen Verfahrens gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Anordnung nach F i g. 1;

Fi g. 8 ist ein Kurvenbild zur Erläuterung der Erfindung.

In den F i g. 1 und 2 ist eine halbleitcnde Schicht 10 mit komplementären MOS-Feldcffekuransistoren 11

und 12 dargestellt Die Transistoren weisen auf einer Seite ohmsche Anschlüsse für Source (S), Drain (D) und Gate (G) auf, welche mit dem darunterliegenden Material eine Verbindung herstellen. Die komplementären Transistoren enthalten metallene Gateschichten 13a und 136, die sich zwischen den entsprechenden Source-(S) und Drainzonen (D) der Feldeffekttransistoren 11 und 12 erstrecken. Die Gateanschlüsse liegen über einer Oxidschicht 15, beispielsweise aus Siliziumoxid, welche die leitenden Metallschichten von der Schicht 10 trennt.

Die Source- und Drainbereiche umfassen eingesetzte Zonen 16a und 17a für den Feldeffekttransistor 11 und 166 und 176 für den Feldeffekttransistor 12. Beim Feldeffekttransistor 12 sind die Zonen 166 und 176 vom entgegengesetzten Leitungstyp wie die halbleitende Schicht 10, und für den Feldeffekttransistor 11 sind die entsprechenden Zonen vom gleichen Leitungstyp. Jedoch sind die Zonen 16a und 17a fast vollständig von einer Zone 18 vom entgegengesetzten Leitungstyp wie die Source-und Drainbereiche umhüllt. ..,.■...

Im Betriebe bildet die Transistoranordnung vom MOS-Typ einen normalerweise offenen Stromkreis zwischen Source- und Drainbereichen, da der »Kanal« zwischen diesen Zonen vom entgegengesetzten Leitungstyp ist wie die Source- und Drainbereiche; daher ist zumindest ein gleichrichtender Übergang gebildet. Jedoch verursacht die Anlegung einer Spannung an die Gateschichten 13a bzw. 136 praktisch eine Leitungsumkehr des »Kanals«, so daß die Source- und Drainkanalbereiche nun einen gemeinsamen Leitungstyp aufweisen, um für die Übertragung von Ladungsträgern längs der Umkehrschicht oder -zone zu sorgen.

Auf Grund der Arbeitsweise eines MOS-Feldeffekttransistors ist es zwangläufig erforderlich, daß der Kanal zwischen Source- und Drainzone eine verhältnismäßig niedrige Fremdstoffkonzentration besitzt, um eine wirkungsvolle Leitungsumkehr dieses Kanals bewirken zu können. Beim Feldeffekttransistor 12 kann die ursprüngliche Schicht 10 leicht von vornherein mit einer solchen Fremdstoffkonzentration versehen werden. Wird aber eine komplementäre Anordnung zu der gleichen halbleitenden Schicht hinzugefügt, so muß eine zusätzliche Diffusion vorgenommen werden, um eine halbleitende Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp zu erzeugen.

Dies geschieht beim Verfahren gemäß der Erfindung durch genaue Steuerung dieser Diffusion, um die erforderliche Zone mit niedriger Fremdstoffkonzentration bilden zu können.

In den F i g. 2 bis 7 sind die Schritte zur Herstellung einer Anordnung mit solch einer Zone erläutert. Zunächst wird eine halbleitende Unterlage 20, die aus einem Halbleitermaterial vom p-Typ bestehen kann, wie in F i g. 3 gezeigt, geläppt, so daß sie eine glatte, flache Oberseite erhält. Nach einer geeigneten Maskierung (nicht dargestellt) wird auf einem ausgewählten Bereich der Oberseite der Unterlage 20 eine p-Zone 18' durch Aufbringen von Akzeptormaterial, wie beispielsweise Bor, und Erhitzen der Unterlage in einer den Fremdstoff enthaltenden Atmosphäre hergestellt. Dieser Niederschlag besitzt hohe Fremdstoffkonzentration, da er bei den späteren Schritten des Verfahrens diffundiert wird, um eine Zone 18 zu bilden.

Dann wird, wie in F i g. 4 gezeigt, die halbleitende Schicht 10, die vom n-Leitungstyp sein kann, auf der Unterlage 20 gezogen, und zwar vorzugsweise eine epitaktische Schicht. Nach diesem Ziehvorgang wird auch die Oxidschicht 15 auf Ober- und Unterseite des Aufbaues 20, 10 aufgebracht. Durch die Aufbringung der epitaktischen Schicht 10 wird der Vorniederschlag 18 in der Halbleiteranordnung eingeschlossen.

Es werden dann Source- und Drainzonen für die komplementären Feldeffekttransistoren 11 und 12 durch vorheriges Aufbringen von Fremdstoffen auf den Teilen der Schicht 10 gebildet, welche durch in der Oxidschicht 15 vorgesehene Fenster freiliegen, durch welche hindurch diese Fremdstoffe eindiffundiert werden. Zur Vorbereitung dieses Schrittes wird an der Oxidschicht 15 eine Photolackschicht 23 angebracht und anschließend maskiert, dem Licht ausgesetzt und gewaschen, um Fenster 24a und 25a zu bilden, die der p-Zone 18' etwa gegenüberliegen, sowie Fenster 246 und 256, die sich in einer gewissen Entfernung von dem ersten Paar von Fenstern befinden. Die ganze Anordnung wird dann in ein Säureätzbad getaucht, das die freiliegenden Teile der Oxidschicht 15 selektiv angreift, um die Oberseite der Schicht 10 freizulegen. Jedoch erfolgt das Ätzen und das vorherige Aufbringen der Fremdstoffe in getrennten Schritten; die Fenster 24a und 25a werden zuerst geätzt und ein Donator-Fremdstoff wird aufgebracht, und dann werden die Fenster 246 und 256 geätzt und ein Akzeptor-Fremdstoff wird aufgebracht. F i g. 6 veranschaulicht die vorher aufgebrachten Donator-Zonen 16a und 17a und die Akzeptor-Zonen 166 und 176, die, wenn sie vollständig diffundiert sind, als die Source- und Drainzonen für die Transistoren 11 bzw. 12 dienen.

Wie in F i g. 7 gezeigt, werden alle vorher aufgebrachten oder niedergeschlagenen Zonen einschließlich der p-Zone 18' durch Anheben der Temperatur des plattenförmigen Werkstücks diffundiert. Die p-Zone 18' ist als nur teilweise durch die Schicht 10 hindurch nach der Oberfläche dieser Schicht hin diffundiert dargestellt. Da die Source- und Drainzonen 16a und 17a ursprünglich oberhalb dieser Zonen gegenüber lagen, umfaßt die Diffusion gegebenenfalls diese, um, wie in F i g. 2 gezeigt, eine Kanalzone vom p-Leitungstyp zwischen den Source- und Drainzonen 16a und 17a vom η-Typ zu bilden. Wegen der vergleichsweise höheren Fremdstoffkonzentration der Source- und Drainzonen wird deren Leitungsart vom η-Typ beibehalten, wenn sie durch die Diffusion der niederen Fremdstoffkonzentration vom p-Typ umfaßt werden. Diese Diffusion muß etwa an dem Punkt beendet werden, bei welchem sie die Oberseite der Schicht 10 erreicht, damit sich die notwendige niedrige Fremdstoffkonzentration ergibt, die, wie oben erörtert, für die Arbeitsweise einer Feldeffekttransistoranordnung vom MOS-Typ erwünscht ist.

Hierzu wird die Diffusion in der Weise überwacht, daß zwei Sonden 26 und 27 in die Zonen 16a und 17a eingeführt werden. Die Sonden sind mit einer Spannungsquelle 28 mit veränderlicher Gleichspannung und einem Amperemeter 29 in Reihe geschaltet. Die Änderung des Stromes, die sich ergibt, wenn die Spannung während der verschiedenen Stadien des Diffusionsvorganges verändert wird, ist in F i g. 8 aufgezeichnet. Zu Anfang, solange noch gar keine oder eine geringe Diffusion im Bereich der Zone 18 stattgefunden hat, wird durch die Sonden ein rein ohmscher Widerstandsverlauf festgestellt, wie er durch die Kurve 30 veranschaulicht wird, da die Zonen 16a und 17a durch einen Kanal von der gleichen Leitfähigkeit wie sie selbst verbunden sind. Ist die Diffusion vollständig durchgeführt, wie in F i g. 2 angedeutet, so ist jegliche Widerstandswirkung

der Zone 18 vollständig beseitigt, und es besteht eine Diodenwirkung am Übergang entweder der Source- oder der Drainzone, je nach der Polarität der Gleichspannungsquelle 28. Die Kurve 31 veranschaulicht diese Diodenwirkung; die Kurve zeigt die rückläufige Spannungscharakteristik der Diode, welche gebildet wurde. Der horizontale Abschnitt 31a der Kurve zeigt, wie die Diode den Stromdurchgang praktisch sperrt, und der Abschnitt 316 zeigt den plötzlichen Stromanstieg, der erfolgt, wenn eine genügende Spannung anliegt, um einen Zener-Durchschlag zustandezubringen. Natürlich ist der maximal mögliche Strom begrenzt durch die Kurve 30. Die Kurven 32 und 33 entsprechen Zwischenstufen der Diffusion, bei denen die Wirkung teils eine Widerstandswirkung und teils eine Gleichrichterwirkung ist. So kann also die Diffusion überwacht und gestoppt werden, sobald der Zustand entsprechend der Kurve 31 erreicht ist.

Die Meßanordnung läßt sich leicht auch als fabrika-

tionsgerechtes System mit einer Ja-Nein-Charakteristik ausbilden, da bei einer gegebenen Spannung, z. B. vom Wert Vl, der Strom nur dann annähernd gleich Null ist, wenn praktisch eine vollständige Diodenwirkung erreicht ist.

Nach der Diffusion der Zone 18 werden die komplementären Feldeffekttransistoranordnungen durch die Bildung der Source- und Drainanschlüsse sowie des Gateanschlusses vervollständigt; die Gateanschlüsse werden durch leitende Gateschichten 13a und 136 gebildet, die auf an sich bekannte Weise angebracht werden können.

Durch die Erfindung wird somit ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren geschaffen, bei dem die Fremdstoffkonzentration in dem Kanal genau steuerbar ist. Ansonsten ist das Verfahren insbesondere bei der Herstellung komplementärer MOS-Feldeffekttransistoranordnungen von Vorteil.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem bestimmten Bereich der einen Seite einer halbleitenden Unterlage (20) vom einen Leitungstyp eine Zone (18') mit hoher Fremdstoffkonzentration vom gleichen Leitungstyp durch Aufdampfen aufgebracht wird, daß dann auf diese Seite eine halbleitende Schicht (10) vom entgegengesetzten Leitungstyp aufgebracht wird, um einen gleichrichtenden Übergang zu bilden, und daß danach an derjenigen Stelle dieser halbleitenden Schicht, die dem Bereich (18') gegenüberliegt, zwei getrennte halbleitende Zonen (16a, 17a) von dem erwähnten entgegengesetzten Leitungstyp aufgebracht werden, daß dann die Zone (18') hoher Fremdstoffkonzentration in die halbleitende Schicht (10) in Richtung der Oberfläche dieser Schicht eindiffundiert und der Diffusionsvorgang dadurch überwacht wird, daß an die zwei getrennten Zonen (16a, 17a) eine Spannung angelegt und der Diffusionsvorgang abgebrochen wird, sobald die Überwachung praktisch das Vorhandensein einer Diodenwirkung zwischen der einen dieser Zonen und der halbleitenden Schicht erkennen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung mittels zweier Sonden (26, 27), die mit den beiden getrennten Zonen (16a, 17a) verbunden werden, ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß komplementäre Feldeffekttransistoren auf der gleichen halbleitenden Unterlage gebildet werden und ein zweites Paar getrennter Zonen (166, 176) vom erwähnten einen Leitungstyp auf die Oberfläche der halbleitenden Schicht (10) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf der Oberfläche der halbleitenden Schicht aufliegende Isolierschicht (15) vorgesehen wird und zwei leitende Schichten (13a, 136) in einem Abstand voneinander auf der Isolierschicht angebracht werden, von denen die eine zwischen den ersten beiden getrennten Zonen (16a, 17a) verläuft und diese teilweise überdeckt, während die andere leitende Schicht zwischen den beiden getrennten Zonen (166, 176) des zweiten Zonenpaares verläuft und diese ebenfalls teilweise überdeckt, wobei diese leitenden Schichten als Steuerelektroden für die Feldeffekttransistoren dienen, und daß ohmsche Kontakte zu jeder Zone der beiden getrennten Zonenpaare sowie Kontakte zu jeder leitenden Schicht vorgesehen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht (10) vom entgegengesetzten Leitungstyp, die sich auf der Oberfläche der halbleitenden Unterlage befindet, eine gewachsene epitaktische Schicht ist.