DE1614335A1 - Metall-Isolator-Halbleiter-Transistor - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE INe. CURT WALLACH I MÜNCHEN * 1614335 DIPL.-ΙΝΘ. eONTHER KOCH Kaufinginirofl. i

DR. TINO HAIBACH ™»t< >*$a™r*\nvm£kuQ2Aprll I967

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PHILCO-FORI) CiOIlPOHA^IOlT₉ Philadelphia, Penns. (V.St .A.)

Me t all-I s ola t or-Hal"bl ei t e r ~T ransi stör

Die Erfindung betrifft einen TTetall-Isolator-Halbleiter-Transistor ("metal-insulator-3emiconductor-transistor", Oberflächen-Feldeffekt-Transistor) mit mehreren Steuerelektroden, und insbesondere einen transistor dieser Art, der sich zumBetrieb in der Anreicherungs-Betriebsweise ^'enhancement mode"), d.h. mit stromsteigernder Steuerung) eignet.

Ketall-Isolator-Halbleitertransistoren weisen gewöhnlich ein HalbleiterplJittchen eines Leitfähigkeitstyp3, entlang einer Oberfläche des Plattchens in Abstand voneinander vorgesehene Quelle- ("3ourcc") und Senke- ("drain") Bereiche vom anderen Leitfähigkeitstyp, einen Isolierfilm auf dieser Oberfläche, welcher sowohl einen Teil des Quelle-

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bereichs als auch des Senkebereiehs tiberdeckt und sich zusammenhängend zwischen diesen Bereichen erstreckt, sowie eine auf diesem Isolierfilm zwischen dem Quelle- und dem Senkehereich angeordnete Steuerelektrode (üblicherweise als "Tor- oder Gatterelektrode'¹ bezeichnet) auf. Im Betrieb wird zwischen dem Quelle- und dem Senkeberelch eine Spannung solcher Polarität angelegt, daß hierdurch eine Stromleitung vom Quellebereich zum Senkungsbereich ÄuaLadungsträgero vom gleichen Vorzeichen wie die yajoritfttsladungstr*lger der Quelle- und der Senkebereiche zustande koiMPt. Zur Modulation des Betrags des Stromflusses zwischen dem Quelle- und dem Senkebereich wird sine Spannung zwischen der Quelle- und der torelektrode angelegt. Ist diese Spannung so gepolt, daß sie Ladungsträger vom gleichen Vorzeichen wie dia Ka^oritHteladungsträger in dem Quelle- und in dem Senlaw^pibereich in Richtung auf die Grenzfläche zwischen dem Halbleiterplättchen und dem Isolierfilm zieht, so wird hierdurch die Leitfähigkeit der Strombahn bzw. des Fanals zwischen dem Quelle- und dem Senkebereich erhöht, und die Größe des von dem Quellebereich zum Senkebereich (für einen vorgegebenen Wert der Spannung zwischen den beiden Bereichen) fließenden Stroms nimmt zu. Die Betriebsart mit einer Steuerspannung dieser Polarität wird als ¹¹ Anreicherungs"-Betrieb ("enhancement mode", Betrieb mit stromsteigernder Steuerung) bezeichnet. ¹ViU umgekehrt eine

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Steuerspannung entgegengesetzter Polarität zwischen der Torelektrode und dem Quellebereich angelegt, so wird hierdurch die Leitfähigkeit"des-Leitungskanals, zwischen dem Quelle— und dem Senkebereich herabgesetzt, und der Stromfluß"-"vom Quellebereich zum Senkebereich nimmt ab. Die Betriebsweise mit einer Steuerspannung dieser zuletzt erwähnten Polarität wird als "Verarmungs"-Betriebsweise ("deOletion mode", "Retrieb mit stromdrosselnder Steuerung) bezeichnet. Zur Erzeugung eines die .änderungen des Quelle-Senke-Strom iviedergebenden Ausgangs signals kann an den Quelle-Senke-Stromkreis der Anordnung ein Lastwideratand angeschlossen sein. Im typischen Fall kann ein Lastwiderstand in Heihe mit der Quelle-Senke-Spannungsquelle liegen.

Derartige Metall-Isolator-Halbleitertransistoren (OberfISchen-Feldeffekt-Transistoren) sind rasch im Begriffe, in der Nachrichtentechnik eine zunehmend bedeutsame Rolle zu spielen, da diese Transistoren einen außerordentlich hohen Eingangswiderstand zwischen der Tor- bzw. Gatter-elektrode und dem Quellbereich besitzen und daher mit sehr leistungsschwachen Signalen steuerbar sind, und weil sie in einfacher 'Veise in T'ikro schaltungen und integrierte Schaltkreise unter Verwendung der derzeit bekannten Herstellungstechniken einbezogen werden können. Für viele Anwendungsfälle, insbe-

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sondere, soweit es sich um die Übertragung und Verstärkung von einseitig gerichteten Impulsen (beispielsweise in Computern) handelt, werden derartige ^φΓαη8ΐθΐ0Γβη vorzugsweise in der erwähnten Anreicherungs-Betriebsart ("enhancement mode" , d.h. mit stromsteigernder Steuerung) betrieben, da in dieser Betriebsart der Transistor in Abwesenheit eines Eingangssignals nur einen minimalen Ruhestrombedarf hat. (Demgegenüber hat der Transistor bei Betrieb in der Verarmungsbetriebsart ("depletion mode", d.h. mit stromdrosselnder Steuerung) in Abwesenheit eines Eingangssignals einen maximalen Ruhestijpmbedarf. Durch den Betrieb des Transistors in der Anreicherungs-Befriebsart, d.h. mit stromsteigernder Steuerung, wird daher der Leistungsbedarf auf einen Kindestwert herabgesetzt.

äußerst erwünscht wäre die Schaffung eines in der erwähnten Anreicherungs—Betriebsart, d.h. mit stromsteigernder Steuerung .betreibbaren Transistors, welcher zusätzlich zu der üblichen Tor- bzw. Gatterelektrode und von dieser relativ unabhängig zusätzliche Kittel zur Steuerung der Größe des Quäle-Senke-Stroms besäße. Derartige zusätzliche Steuervorrichtungen würden die Anwendbarkeit des Transistors ganz außerordentlich erweitern, da in Im-nulsschaltungen beispielsweise derartige zusätzliche Steuervorrichtungen zur Steuerung

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der Quelle-Senke-Leitfähigkeit in Tastschaltungen dienen könntοι. In Radioempfängern könnten derartige zusätzliche Steuervorrichtungen zur Steuerung der Verstärkung des Transistors nach Maßgabe eines automatischen oder von Hand eingestellten Veratärkungaregelsignala dienen, und der Transistor könnte auch in Frequenzwandlern bzw. ÄTischvorrichtungen verwendet werden, indem das Hf-Empfangssignal und das vom Geräteoszillator erzeugte Signal verischiedenen Steuerelektroden zugeführt werden.

Bisher wurde jedoch in der Fachwelt angenommen, daß ein Metall-Isolator-Hälbleitertransistor (Oberflächen-Feldeffekt-Transistor) nur dann in der Anreicherungs^Betriebsart (d.h. mit stromsteigernder Steuerung) betrieben werden könne, wenn die Torelektrode sowohl den Quellebereich als auch den Senkebereioh überlappt, eich kontinuierlich zwischen den beiden Bereichen erstreckt tmd von dem Halb-*· leiterkörper nur durch eine Isolierschicht getrennt ist. Daher wurde angenommen, daß für einen Metall-Isolator-Halbleitertransistor, der zum Betrieb in der Anreicherünge-Betriebaart (d.h. mit atromsteigernder Steuerung) bestimmt ist, ein System mit mehreren Steuerelektroden nicht durchführbar ist.

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Da ferner die Gatterelektrode eines herkömmlichen, zum Betrieb in der Anreicherungs-Betriebsart (d.h. mit stromsteigernder Steuerung) vorgesehenen Metall^Isolator-Hal"b~ leitertransistors den Quellebereich überlappt, ist hierbei die Kapazität zwischen der Gatterelektrode und dem Senkebereich wesentlich höher als in einem vergleichbaren, nur zum.Betrieb in der Veranmmgsbetriebsart, d.h. mit stromdrosselnder Steuerung, vorgesehenen Transistor, bei welchem die Gatterelektrode weder den Quelle- noch den Senkebereich überlappt. Daher zeigt ein für Anreicherungsbetrieb, d.h. mit stromsteigernder Steuerung, ausgelegter herkömmlicher Transistor ein schlechteres Hochfrequenzverhalten als der vergleichbare für Verarmungsbetrieb, d.h. mit stromdrosseln— der Steuerung, ausgelegte Transistor. Auch aus diesem Grunde

vom

wax* die Anwendung/für Anreicherungsbetrieb, d.h. mit stromsteigernder Steuerung, ausgelegten transistoren bisher weniger weit verbreitet als ansonsten der Pail sein könnte.

Durch die vorliegende Erfindung soll somit ein ^etall-Isolator-Halbleitertransistor (Oberflächen-Feldeffekt-Transistor) geschaffen werden, welcher mehrere Vorrichtungen zur Steuerung der Leitfähigkeit des Quelle-Senke-Strompfads besitzt und nichts desto weniger dennoch sowohl euro Betrieb in der Anreieherungs-Bejiriebsart (d.h. mit stromsteigernder Steuerung) als auch in der Verarmungs-Betriebsart (d.h. mit

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stromdrosselnder Steuerung) geeignet ist. Und zwar soll sich der Transitor gemäß der Erfindung zum Betrieb in der Anreicherungsbetriebsart (d.h. mit stromsteigernder Steuerung) eignen, obwohl keine seiner Steuerelektroden sich ganz über den gesamten Bereich zwischen seiner Quelle und seiner Senke erstreckt. Der transistor genieß der Erfindung soll dabei eine ungewöhnlich niedrige Eigenkapazität zwischen seiner Gatter--elektrode und dem Senkebereich aufweisen.

Die Erfindung betrifft ferner auch Schaltungen für derartige Ketall—Isolator-Halbleitertransistoren gemäß der Erfindung mit mehreren Steuerelektroden.

Die Erfindung betrifft somit einen fc^retall-Isolator-Halbleitertransistor (Oberflächen-Feldeffekt^Tranaistor), welcher in einem Halbleiterkörper von einem gegebenen Leitfähigkeitstyp einen Öuellebereich und einen Senkebereich von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufweist, die in Abstand voneinander angeordnet sind und teilweise durch die eine Oberfläche des HalbleiterkörDers begrenzt werden, sowie' eine an dieser Oberfläche haftende Isolierschicht, welche sowohl den Quellebereich als auch den Senkebereich teilweise über-

·-"-'■-"· - - -■ ■ "'"■·- ■ ■. - - -. . .- '■■ ,·',*-- lapOt und sich zwischen diesen beiden Bereichen zusammenhängend erstreckt. '

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Gemäß der Erfindung ist über der erwähnten Isolierschicht ein Elektrodensystem vorgesehen, das sich zwischen dem Quellebereich und dem Senkebereich erstreckt und die beiden "Bereiche überlappt; dieses Elektrodensystem gemäß der Erfindung weist mehrere, voneinander isolierte und übereinander in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers versetzte leitende Schichten auf, wobei jeweils benachbarte derartige leitende Schichten einander überlappen und jeweils ein Flächenbereich jeder dieser leitenden Schichten von der Oberfläche des Halbleiterkörpers lediglich durch isolierendes Material ,getrennt ist.

Bei dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Transistor vermag jede dieser leitenden Schichten nach Maßgabe einer an sie angelegten Spannung die Leitfähigkeit des Stromkanals zwischen dem Quelle- und dem Senkebereich zu steuern, und zwar unabhängig von der durch die andere (n) leitende(n) Schicht (oder Schichten) ausgeübten Steuerwirkung. Da ferner die leitenden Schichten einander überlappen, kann die Leitfähigkeit des gesamten Kanals von der Quelle zur Senke über seine ganze Länge kontinuierlich angereichert bzw. erhöht werden, indem man an jede der leitenden Schichten eine Anreicherungsspannung anlegt, d.h. eine Spannung solcher Polarität, daß Ladungsträger vom gleichen Vorzeichen wie die Kajoritäteladungsträger in dem Quelle- und in dem Senke-

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bereich entlang der Grenzfläche zwischen der Isolierschicht und dem Halbleiterkörper geleitet werden. Da den einzelnen leitenden Schichten voneinander verschiedene Spannungen zugeführt werden können, eignet sich der Transistor gemäß der Erfindung zur Verwendung als aktives Element in einer auf mehrere Eingangssignale ansprechenden Schaltung, beispielsweise einem Frequenzwandler oder Modulator, indem den einzelnen leitenden Schichten jeweils Eingangssignale verschiedener Frequenz zugeführt werden. Der '"ransistor gemäß der Erfindung eignet sich auch zur Anwendung als aktives Element in Verstärkern, deren Verstärkungsfaktor durch ein automatisches Verstärkungsregelsignal gesteuert wird. Bei Anwendung in derartigen Verstärkern wird das Verstärkungsregelsignal einer der leitenden Schichten, und das zu verstärkende Signal einer anderen leitenden Schicht zugeführt. Der Transistor gemäß der Erfindung eignet sich ferner auch zur Verwendung als aktives Element in ^ast-Verstärkern, insbesondere in Impulstastverstärkem» Hierbei kann das Tastsignal an eine leitende Schicht angelegt werden, während die anderen Eingangssignale jeweils den einzelnen anderen leitenden Schichten des ^Elektrodensystems zugeführt werden« .

Darüber hinaus kann bei den Ausführungsfonnen des_i Transistors gemäß der Erfindung, bei welchen die dem Senkebereich nächst-

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liegende leitende Schicht von der "benachbarten, näher dem Quellebereich liegenden leitenden Schicht, überlappt wird» die ersterwähnte leitende Schicht (d,h. die dem Senkebereich nächstliegende) so geschaltet werden, daß sie die letzterwähnte leitende Schicht (d.h. die der Ouelle näher liegende leitende Schicht) elektrostatisch gegen den Senkebereich abschirmt, beispielsweise durch kapazitiven NebensMuB der ersterwähnten Schicht an die Quelle, für solche Signale, deren Frequenzen gleich oder größer als die Frequenz des der letzterwähnten Schicht zugeführten Eingangssignals sind. Durch diese Maßnahme wird die Kapazität zwischen dem Senkebereich und der letzterwähnten leitenden Schicht auf einen außerordentlich kleinen Wert verringert, wodurch die Hochfrequenzverstärkungseigenschaften der Anordnung bezüglich Eingangssignalen, welche an die letzterwähnte leitende Schicht angelegt werden, erhöht wird.

Bei Ausführungen mit drei oder mehreren derartigen zwischen dem Quelle- und dem Senkebereich angeordneten leitenden I Schichten kann die wirksame Länge des Leitungskanals zwischen Ouelle und Senke dadurch verkürzt werden, daß man die beiden leitenden Schichten, welche den Quellebereich bzw. den Senkebereich überlappen, mit einer verhältnismäßig großen, konstanten Anreicherungsspannung vorspannt. Unter diesen Bedingungen verkürzt sich die Länge des Leitungskanals zwi-

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sehen Quelle und Senke praktisch auf die Entfernung zwischen den einander /benachbarten Rändern der beiden genannten leitenden Schichten. Dies ist erwünscht, weil hierdurch gewährleistet ist, daß die zwischen den beiden erwähnten Schichten angeordnete leitende Schicht den gesamten Teil des Leitungskanals von höherem Widerstand überdeckt und steuernd beeinflußt. Da ferner der Abstand zwischen den Händern des die leitenden Schichten bildenden Ketalls mittels Lichtdruckverfahren genauer beherrschbär ist als der Abstand zwischen den (normalerweise durch Diffusion erzeugten) Quelle*- und Senkebereichen, besteht die Tendenz, daß die elektrischen Eigenschaften aufeinanderfolgender ^φΓ3η3ΐ3ί0Γβη, die gemäß der Erfindung hergestellt und be- , trieben werden, sogar besser miteinander übereinstimmen als "bei solchen Transistoren, bei welchen die Länge des Leitungskanals lediglich von dem Abstand Quelle zu Senke abhängt.

Im folgenden werden Ausftihrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen Figur 1 in Draufsicht einen Metall-Isolator~-Halbleiter-

1;ransietor gemäß der Erfindung, Figuren 2_f 3 bzw* 4 jeweils vergrößerte Schnittansiehten

von feilen der Schnitte 2-2, 3-3 bzw. 4-4 in Fig. 1, Figur 5 das Sehaltschema einer Signal-Übertragungsschaitung mit einem Transistor gemäß den Figuren 1 bis 4,

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die Figuren 6 "bis 9 Teilschnittangichten von Transistoren

gemäß abgewandelten Ausführungsfonnen der Erfindung,

Figur 10 das Schaltschema einer Signalübertragungsschaltung mit einem Transistor gemäß der Teildarstellung in Figur 7.

Der in den Figuren 1 bis 4 dargestellte T'etall-Isolator-Halbleitertransistor weist ein Blättchen 10 aus Halbleitermaterial, einen Quellebereich 12, einen Senkebereich 14, eine an der Oberfläche des Blättchens, 10 haftende Isolierschicht 16, welche jeweils mit Teilen des Quelle- und des Senkebereichs 12 bzw« -14 überlappt, sowie ein über der Isolierschicht 16 liegendes Elektrodensystem 19, das sich zwischen dem Quellebereich 12 und dem Senkebereich 14 erstreckt und mit diesen überlappt. Das Elektrodensystem 19 weist zwei leitende Schichten 18 und 20 auf, die voneinander durch eine Isolierschicht 22 isoliert sind und gegeneinander in Richtung parallel zur Plättchenoberfläche 10 versetzt sind. Gemäß der Erfindung Überlappen die beiden Schichten 18 und 20, die im folgenden manchmal auch als Gatterelektrode bzw. Schirmelektrode bezeichnet werden, einander; die Gatterelektrode 18 überlappt ferner mit dem Quellebereich 12, und entsprechend die Schirmelektrode 20 mit dem Senkebereioh Ferner ist jeweils ein Teil jeder der leitenden Schichten 18

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und 20 von der Plättehenoberflache 10 lediglich durch isolierendes Tiaterial getrennt.

Zum äußeren elektrischen Anschluß für den .Quelle- "bzw. Senkebereich 12 bzw. 14 sind Anschlußstreifen bzw. -lappen 24 bzw. 26 vorgesehen. Zum äußeren elektrischen Anschluß für die Gatter- und die Schirmelektroden 18 bzw. 20 sind ein Gatteranschlußlappen 28 und ein Schirmanschlußlappen 30 vorgesehen. Als Ohmscher Anschluß zu dem Plättchen 10 (das im folgenden auch als Substrat oder Träger bezeichnet wird) ist an der gegenüberliegenden Oberfläche des Plättchens 10 eine Metallschicht 32 vorgesehen.

Weitere Einzelheiten hinsichtlich des Aufbaues und der Zusammensetzung des in den Figuren 1 big 4 gezeigten Transistors werden im folgenden anhand der Beschreibung, eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung eines derartigen Tranaistors erläutert.

Das Plättchen 10 besteht aus monokristalli&em, mit Phophor dotiertem n-Silicium mit einem spezifischen Widerstand von etwa 1 Ohm-cm. Typische Abmessungen sind beispielsweise , eine Länge von 30/1000 Zoll, eine Breite von 20/1000 Zoll und eine Dicke von 10/1000 Zoll. (Bei der T'assenherstellung des Transistors gemäß der Erfindung ist das Plättchen 10

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gewöhnlich zu Anfang ein Teil eines größeren Plättchens von monokristallinem n-Silicium, beispielsweise in Gestalt einer Scheibe von 1_S25 Zoll Durchmesser, das viele derartige Teile enthält. Auf jedem dieser ^eile wird ein Transistor nach Art des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Transistors gleichzeitig mit entsprechenden auf den anderen feilen hergestellten Transistoren hergestellt, und zwar nach dem nachfolgend ■ beschriebenen Verfahren. tiXr die nachfolgende Beschreibung soll gelten, daß das Plättchen 10 ein Teil eines derartigen größeren Scheibchens ist, auch wenn nur auf das Plättchen TO Bezug genommen wird. Es sei jedoch betont, daß alternativ das Plättchen 10 auch ein Bereich eines Siliciumspl8.ttch.ens .sein kann, auf welchem zusätzlich zu den Transistoren gemäß der Erfindung anderweitige Schaltbauteile, beispielsweise Leiter, Widerstände und Kondensatoren hergestellt und zu einer integrierten Schaltung verbunden werden.)

1. Reinigung des Plättchens 10

Das Plättchen 10 wird nach folgendem Verfahren gründlich gereinigt: Das Plättchen TO wird etwa 2 Kinuten lang in heißem Trichlorethylen, sodann etwa 2 Minuten lang in Aceton und schließlich etwa 2 Minuten lang in heißem entionisiertem Wasser gespült. Sodann wird das Plättchen etwa eine i'inute lang in einer Lösung, aus gleichen Volumenteilen konzentrierter

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Schwef elsSure und leonzentrierter Salpetersäure /bei einer temperatur von etwa 80⁰O gespült. Sodann wird das Plättchen 10 etwa 5 Minuten lang in heißem entionisiertem Wasser ges-Dült und im trockenen S tickst off gasstrom getrocknet. Als nächstes wird das Plättchen 10 etwa 4 Minuten lang in einer Lösung" geätzt, welche etwa 20 Volumenteile konzen-

konz. trierte Salpetersäure/^ Völument eile/Fluorwasserstoff«· säure und 1 Volumenteil Eisessigsäure enthält. Danach wird das Plättchen 10 zur Beendigung der ^tzwirkung in Eisessigsäure ges^ült^ sodann etwa 5 Minuten lang in laufendem, heißen entionisiertem Wasser gespült und schließlich im trockenen Stickstoffstrom getrocknet.

2. Oxydation der Plattchenoherflachet Nachdem das Plättchen 10 in der vorstehend erwähnten Weise gereinigt ist, wird seine Oberfläche zur Oxydation etwa 11 Stunden lang hei einer "'emperatuT von etwa .1200 ⁰^- trockenem Sauerstoff ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen bildet sich durch thermisches 'Vachstum auf den Oberflächen des Silicium-■nltttchens eine etwa 0,8 l'ikron dicke Oxyd.-schicht-. 34.

3. Erzeugung der Quelle- und Senkebereiche 12 bzwV 14: Die gesamte freiliegende ÖberfIHehe der Oxydschicht 34 auf der einen Hauptseite 3*5 des Plättchens 10 wird mit einem «egativen Photöabdecker überzogen, welcher vor

Belichtung mit entsprechender aktinischer Strahlung in einem gegebenen Lösungsmittel löslich, nach "Belichtung jedoch im wesentlichen unlöslich ist. Derartige Photoabdecker sind dem Fachmann bekannt; ein geeigneter Photoabdecker wird unter der Handelsbezeichnung ITTFH von der Eastman Kodak Company vertrieben. Dieser Photoabdecker ist vor Belichtung mit UV-Strahlung in Xylol löslich; nach ausreichend langer Belichtung mit der erwähnten UV-Strahlung ist der Abdecker in Xylol im wesentlichen unlöslich.

Nach dem Aufbringen des Photoabdeckers wird der Überzug mit Ausnahme derjenigen Bereiche, durch welche später geeignete p-Dotierungssubstanzen zur Erzeugung der Quelle- und Senkebereiche 12 bzw. 14 eindiffundiert werden sollen, in herkömmlicher Telse durch eine Maske mit UV-Strahlung belichtet. Wie aus Fig. t ersichtlich, sind der Quellebereich 12 und der Senkebereich 14 im wesentlichen rechteckig. Im typischen Fall haben diese Bereiche voneinander einen Abstand von etwa 1/1000 Zoll? jeder Bereich ist etwa 1,35 Tausendstel Zoll breit und etwa 10/1000 Zoll lang. Demgemäß wird ein rechteckiger Bereich» der etwas kleiner ist als die endgültigen Abmessungen des Quellebereichs 12 und des Senkebereiehs 14, und bei.a-ndLeisweise etwa 0,85 tausendstel Zoll breit und etwa 9*5 Tausendstel Zoll lang sein kann und symmetrisch innerhalb der Quelle- und Senke-

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-17-rechtecke 12 "bzw. 14 angeordnet ist, unbelichtet gelassen.

Danach wird das Plättchen 10 in Xylol gespült» hierbei werden die nicht belichteten Bechteckbereiche des Photoabdeckers selektiv entfernt und zwei rechteckige Bereiche der Oxydschicht 34 freigelegt, während der übrige ^eIl der Oxydschicht 34 mit dem belichteten Phbtoabdecker überzogen bleibt. Der belichtete Photoabdecker wird sodann getrocknet und gehärtet, indem man das Plättchen 10'in luft etwa eine

etwa _o halbe Stunde lang bei einer temperatur von/140 C hält.

Als nächstes werden sodann die freigelegten öxydbereiche bis auf die Oberfläche 36 des Silicium-nlättchens 10 weggeätzt, indem man das Plättchen genügend lange in die folgende gepufferte Fluorwasserstoffsäurelösung eintaucht:

"Bestandteil Menge

Konzentrierte Fluorwasserstoff-

säure (49 Gew.-^HF) 2ml

• Ammoniumfluörid 4g

, *■■■ Ent ionisiertes Wasser 6 g

Es sei betont, daß selbstverständlich andere Mengen der Lösung hergestellt werden kennen, indem man entsprechend andere Mengen der Bestandteile in den oben angegebenen Verhältnissen verwendet. ^r

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. - 18 -■■

Nach dieser ätzung wird das Plättchen 10 in entionisiertem Wasser gewaschen und der verbliebene Photoabdecker von dem Plättchen 10 durch Behandlung mit heißer konzentrierter Schwefelsäure entfernt. Nach der Entfernung des Abdeckers wird das Plättchen erneut in entionisiertem Wasser gewaschen und sodann im trockenen Stickstoffstrom getrocknet.

Nunmehr werden der Quellebereich 12 und der Senkebereich 14 durch Eindiffundieren von Bor in das Plättchen 10 durch die beiden Bereiche 37 und 38 (vgl. Fig. 2) hindurch erzeugt, in welchen die beiden rechteckigen Bereiche der Oxydschicht 34 im vorhergehenden Verfahrensschritt weggeätzt wurden. Ein geeignetes Verfahren zur Durchführung dieser Diffusion geht wie folgt vor sich:

Das Plättchen 10 wird in eine horizontal angeordnete Quarzröhre eingebracht, die sodann auf etwa 985 °^r· in einem Ofen erhitzt wird. Während das Plättchen 10 auf dieser temperatur gehalten wird, wird ein Gasgemisch aus etwa 99 liol^ Stickstoff und etwa 1 MoI^ Sauerstoff durch die Quarzröhre Über das Plättchen 10 geleitet. Dieser Gasstrom oxydiert die freiliegenden Oberflächenbereiche des Plättchens 10 bei 37, 38 leicht unter Bildung eines dünnen Oxydfilms an diesen Stellen. Diese. Oxydation dient dazu, ein Anfressen

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dieser Bereioha-des Plättehens 10 durch die nachfolgenden Verfahrensschritte eu vermeiden. Diese Behandlung wird über etwa 5 pis 10 Winuten erstreckte

Sodann wird ein Gasgemisch aus Stickstoff, Sauerstoff und Tr£ä3fcliyrborat etwa 3 Minuten lang durch die Quarzrqhregeleitet ο Dieses Gasgemisch wird erzeugt_? indem man gasförmigen Stickstoff durch flüssiges ^rimethyibQrat|;perlen läßt, das auf -15 °0 gehalten wird* einer Temrierätur_s /bei welcher der Partialdruek des ^rimethylhorats eine geeignete Tri·=

methylboratkonsentratio» in dem entstehenden Dampfgemisch gewährleistete Sodawia wird dem Stickstoff-Trimethylhorat-Gerniscli Sauerstoff zugegeben und das so erhaltene Gasgemisch durch das Quarsrohr geleitet„ Der Sauerstoff wird im Überschuß über die Menge zugegeben₉ die erforderlich ist, um den Kohlenstoff des Trimethylborats zu EOhlenstqffdioxyd, den Wasserstoff zu Wasser und das Bor zu Boroxyd zu oxy« dieren. Der Gasstrom aus dem -S-auerstoff^S tickst off—Trimethyl-■borat-Gemisch wird etwa 3 Minuten lang durchgeleitet und sodann abgebrochen« Danach wird wiederum das zuvor erwähnte Stickstoffe-Sauerstoff-Gemisch etwa 5 Minuten lang über das Plättchen 10 geleitet, während das Plättchen auf etwa 905 ⁰G gehalten wird.

v/ährend der Zeit, in welcher das S tickst off ^Satierst off-

■-■■-.BAD-ORIGiMAL-".. ,-■"■ .^v-

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Trimethylborat-Gemisch durch das Quarzrohr geleitet wird und auch während der nachfolgenden Durehleitung des Stickst off-Sauerstoff-Gemische reagiert das durch die Reaktion des Sauerstoffs mit dem Trimethylborat gebildete Boroxyd mit dem Siliciumoxyd der Schicht 34 unter Bildung einer Borsilikatglasschicht 40 von einigen wenigen 1000 Angstrom Dicke» Das über den(durch die Klammern 37s 38 angedeuteten) leicht oxydierten Bereichen erzeugte Boroxyd reagiert zuerst mit dem Oxyd des dünnen Films unter Bildung des erwähnten Borsilikatglases und sodann₉ nachdem es in Berührung mit der darunter befindlichen Siliciumoberfläche gelangt, gemäß

der Formel 2D₂°3 ⁺ 3Si — > 4B + 3SiO₃₀ Das durch diese

Reaktion freigesetzte elementare Bor diffundiert in das n~Silicium des Plättchens 10 hinein, unter Bildung der p-Quelle-und Senkebereiche 12 bzw. 14«.

TJm das Eindiffundieren des elementaren Bors in das Plättchen 10 hinein zu beschleunigen, wird die Temperatur innerhalb der Quarzröhre auf etwa 1200 ⁰C erhöht; die Erwärmung auf diese Temperatur wird so lange fortgesetzt, bis die Konzentration des Bors in einer Tiefe von etwa 5 Mikron unterhalb der Oberfläche des Halbleiterkörpers gleich der Konzentration der Phosphoratome an der genannten Stelle ist. Da das Bor sowohl parallel zur Oberfläche 3⁸S als auch in Richtung senkrecht dazu diffundiert, liegen die seitlichen Grenzflächen

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des Quellebereiehs 12-"und des Senkebereichs 14 tint erhalt der Oxidschicht 34. *

Dureii die'vorstehend erläuterten Verfahrensschritte wird auch eine Borsilikatoberflächenschicht 42 von etwa 4000 8 Dicke erzeugt. Ein.Großteil dieser Schicht wird durch nachfolgende Behandlungsschritte₉ die im folgenden noch heschrieben"'werden, entfernt. ·

4- -Bildung der Gatter^- bzw, Torelektrode 181 Die freiiigende Oberfläche der ifber dem Plättchen 10 vorgesehenen Borsilikatschichtön 40 und 42 wird wiederum mit einer Phötoabdeckerschicht überzogen. Diese Schicht wird durch eine Maske solcher !Configuration hindurch mit Aktivj:erungsStrahlung belichtet', daß sämtliche Teile des Überzugs mit Ausnahme eines reehteekfönnigen Bereichs 44 (vgl. Pig. 1) belichtet werden. Der Bereich 44 umschließt die Fläche, innerhalb welcher die Gatterelektrpde 18 und die Schirmelektrode 20 erzeugt werden sollen, sowie auch die rechteckförmigen Bereiche 46 und 48» innerhalb welcher elektrische'Anschlüsse für den Quellebereich 12 und den Senkebereich 14 mittels der Quelle-Ansehlußlasche 24 bzw. der Senke-Anschlußlasche 26 hergestellt werden sollen. Typi-Bcherweise besitzt dieses Rechteck eine Länge von.etwa 12,25 tausendstel Zoll und eine Breite von etwa 2,75 Tausendstel Zoll. Nach dieser Belichtung wird der Photoabdeckeriiber-

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zug entwickelt, wobei lediglich der durch das Rechteck 44 begrenzte Bereich entfernt wird. Der verbleibende, belichtete Photoabdecker wird wie oben beschrieben gehärtet und getrocknet.

Danach werden die unterhalb der von dem Rechteck 44 eingeschlossenen Fläche liegenden Teile der Silieiumoxydsehicht und der Borsilikatschichten 40 und 42 bis auf die Siliciumoberfläche herabgeätzt₉ und zwar indem man das Plättchen in der oben beschriebenen Weise während einer zur Durchführung der ätzung ausreichenden Zeitdauer in gepufferte Fluorwasserstoffsäure taucht ο Danach wird das Plättchen aus der Säure genommen und gründlich in entionisiertem Wasser gewaschen. Sodann wird der belichtete Photoabdecker entfernt₉ indem man das Plättchen in heiße konzentrierte Schwefelsäure taucht. Anschließend wird das Plättchen in entionisiertem Wasser gewaschen und in einem trockenen Stickstoff ~- gasstrom getrocknet.

Die geätzten Oberflächen des Plättchens 1.0 werden nunmehr reoxydiert, indem man das Plättchen in einer trockenen Säuerst off atmosphäre etwa 30 Minuten lang auf eine Temperatur von etwa 12Ö0 ⁰O erhitzt. Diese Oxydation erzeugt auf den geätzten Oberflächen die Silieiumoxydsehicht 16 (vgl. Figuren 2 und 4), die typischerweise eine Dicke von etwa 1000 8 besitzt.

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Fach dieser Oxydati ölbehandlung wird ein Alüminiumfilm mit einer typischen Dicke von etwa 1-000 S über der gesamten Oberfläche der BorsiliKatschiehtMO und 42 und der Oxyd=- schicht 16 abgescMedeno Vorzugsweise erfolgt diese Abschei« dung durch ElektroneiistTeJil~Auf dampfung von extrem reinem Aliiminiüm--innerhalb" einer auf einen Brück von etwa 10 mm Hg evakuierten Kammer, "in welche das Plättchen eingebracht wird» Bas aufgedampfte Aluminium kondensiert in bekannter ~^:% ei se auf der Oberfläche des Plättchens 10.„ Alternativ kann das Aluminium auch in der "/eise, ebenfalls im Vakuum^ aufgedampft werden., daß' man es in das Innere einer Wolframdraht'-Wicklung einbringt«, die sodann (durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms) auf eine zur Verdampfung des Aluminiums ausreichende temperatur erhitzt wird, . *

Nach der Aufbringung des Alüminiumfilms wird er mit einem ■Photoabdecker überzogen» Dieser Photoabdeckeriiberzug wird durch eine geeignete Ifaske hindurch selektiv nur in demgeni= gen Bereich belichtet, jLn welchem die Gatter=- bzw. Steuer·= elektrode 18 und ihre Anschlußlasche 28 angebracht werden sollen, 'fie in Fig. 1 gezeigt, besitzt dieser Bereich eine schlüssellochartige Konfiguration. Sodann wird die Photoabdeckerschicht entwickelts wobei der gesamte Aluminiumüberzug mit Ausnahme desjenigen Teils, der unter dem belichteten, schlüssellochförmigen Bereich der Photoabdeeker-

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schicht liegt, freigelegt wird. Der Überzug wird sodann ge · härtet und getrocknet.

Danach wird das freigelegte Aluminium durch Eintauchen in eine Lösung der folgenden Zusammensetzung geätzt?

Substanz Volumteile

Konzentrierte Phosphorsäure

(85 bis 88 GeWfo H₃PO₄) 80

Konzentrierte Salpetersäure

(70 Gew# HNO₃) ' 4 . .

Intionisiertes Wasser 18

Die '^A'tsung der Aluminiumschicht wird solange fortgesetzt, bis sämtliches freigelegte Aluminium entfernt ist. Danach wird das Plättchen 10 mit entionisiertem Wasser gewaschen» Sodann wird der das nicht geätzte Aluminium überdeckende belichtete Photoabdecker in der beschriebenen Weise entfernt und das Plättchen sodann erneut in entionisiertem '■Vasser gewaschen, und im trockenen Stickstoffgasstrom getrocknet. Als Ergebnis dieser Verfahrensschritte erhält man die Bildung der Gatter- bzw. Torelektrode 18 über der Oxydschicht 16.

5. Erzeugung der Isolierschicht 22 : Die Isolierschicht wird vorzugsweise im Wege eines VakuumabscheideVerfahrens aufgebracht. Ein hierfür geeignetes Verfahren besteht darin₉ daß man das Plättchen 10 mit der Schicht 40 nach oben auf

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eine Heizplatte legt, die auf etwa 4-00 ⁰G eiwärmt ist. Über der Heizplatte sind zwei konzentrische ringförmige Gasdüsen gehaltert. Über die Ringe und die Heizplatte wird eine Glocke gestülpt» Durch eine der Ringdüsen wird ein ... Gemisch aus 1000 Volumteilen Stickstoffgasen und ein Volumteil S ilan (SiH.) mit einem etwas über Atmosphäreridruck liegenden Druck im -Gasstrom" in" das Innere der Glocke eingeführt. Durch die andere Ringdüse wird, ebenfalls bei einem etwas über Atmosphärendruck liegenden Druck, gasför-miger Sauerstoff eingeführt. Die Glocke ist mit Vorrichtungen versehen, mittels welcher die Gase aus dem Inneren der Glocke in die Atmosphäre abgelassen werden können, ohne daß hier·=·, durch ein nennenswerter Rückstrom atmosphärischer Gase in die Glocke zustande kommen könnte. Als typisches Beispiel einer derartigen Vorrichtung kann ein vier Fuß langes Stück eines Gummischlauchs von t/4 Zoll Durchmesser dienen, das mit dem Inneren der Glocke über ein daran befestigtes Stück Glasrohr in Verbindung steht.

Unter diesen Bedingungen vermischen sich das Silan und der feuchte Sauerstoff, und das Gemisch trifft auf die Oberflächen des erwärmten Plättchens 10. An dieser heißen Oberfläche reagieren die genannten Gase unter Erzeugung'einer Schicht aus Siliciumdioxyd auf der Oberfläche. Dieses Verfahren wird etwa 2 Minuten lang fortgesetz, wobei sich eine

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■-■; 16H335

Schicht 22 aus Silipiumdioxyd bildet; (die im typischen Fall eine. Dicke von etwa 1000 t uesitzt. . -

Quelle^· und S enke-irontakt einschnitte bzw en Jjjß )ΐ£^._4_8

Als nächstes wird über der gesamten Oberfläche des 'behandelten Pliittebens 10 eine neue Photoabüeekerschicht aufgebracht» Dieser Photoabdecker wird durch eine Maske solcher Konfiguration:· hindurehbelichtet./ daß in zwei rechteckigen Bereichen*, welche über den Bereichen 46 und48 (vgl, Figuren 1 und 2), in welchen die Anschlußlaschen 24 "bzw...- 26 sum äußeren elektrischen Kontakt mit dem Quellebereich 12 bzw. dem Senkebereich 14 hergestellt werden sollen,, eine Belichtung unterbleibt, und daß ferner auch in dem Bereich unterhalb welchem die Gatter-Anschlußlasche 2B Kontakt mit der Gatterelektrode 18 ergeben soll«, eine Belichtung unterbleibt. Wie aus den Figuren 1_s 3 und 4 ersüitlich, ist dieser zuletzt erwähnte Bereich im Durehmesser etwas kleiner als der Durchmesser des kreisförmigen Bereichs der Gattorelektrode 18, und er ist zu diesem Bereich konzentrisch. Im typischen Fall kann der kreisförmige Bereich der Gatterelektrode 18 einen Durchmesser von etwa 6/1000 Zoll und der letzterwähnte Bereich einen Durehmesser von etwa 5_y5 Tausendstel Zoll besitzen.

BAD ORSGWAL

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Sodann.wird der Photoabdeclrer entwickelt_? wodurch die unter=- halb den nicht belichteten Teilen des Photoahdeekers liegenden Bereiche der Oxidschicht 22 selektiv freigelegt werden ο Die verbleibendenj belichteten Bereiche des Abdecker·- Überzugs werfen in der beschriebenen Weise gehärtet und getrocknet. Die freigelegten Bereiche der Oxydschicht 22 werden geätzt ₉ indem man das· Plättchen 10 in-der be sehr ie^· benen Weise in gepufferte FluorwasserstoffSfhirelösung'eintaucht., Dieses Eintauchen. v?ird so lange fortgesetzt, bis itn wesentlichen das gesamte, die PLechteökbereiche 46 und 48 und denjenigen Teil der iiluminiumschiGht 18₉ mit welchem die (iatter- Änschlußlasche 28 Kontakt geben soll, überdecken-« de Oxyd entfernt ist. Das Plättchen 10 wird sodann in entionisiertem Wasser gewaschen« Danach wird der verbleibende Photoabdecker wie beschrieben entfernt ο Das Plättehen 10 wird sodann erneut in eKtionisiertem Wasser gewaschen und im trockenen Stickstoffgasstrom getrocknet.

7· Erzeugung der Schirmelektrode 20 und der Anschlußlaschen 24 9 26«, 28 und 30

Hierzu wird auf die gesamte Oberfläche der Oxidschicht 22 wie auch über den betreffenden,, durch den vorhergehenden !Atzsehritt freigelegten Qberflfichenbereichen des Plättchens (innerhalb der Rechtecfcbereiche 46 uftd 48) und der Aluminium«' schicht 18 eine verhSltnismrißig dicke Aluminiumschicht (beispielsweise mit einer Dicke von etwa 8000 8) aufgedampft. ,

:- _ ^;:- " "■■■ ■■:■ '■ ^: :-■ ^: ■"■■:■■ -/,.

ORlGlfsSAL

8277 0405

₂β- 16H335

Sodann wird ein. erneuter Photoabdeekerüberzug auf der gesamten Oberfläche dieser dicken Alurrdniumsehieht aufgebracht» Dieser PhotoaMeoker wird sodann durch eine Maske selektiv belichtet_? derart daß nur solche Bereiche des Photoabdeckers ,f welche diejenigen Flächen tiberdecken₉ wo die schlüsselloehförmigen Schirtngitter-Anschlußlaschen 28 und 30 sowie die Quelle- und Senke-Anschlußlaachen 24 bzw. 26 erseugt werden sollen, belichtet werden_o. Gemäß der Erfindung iiberlapnt der belichtete Bereichs welcher denjenigen Teil der Aluminiumschieht überdeckt, der die Schirmelektrode 20 werden soll, sowohl die Gatterelektrode 18 als auch den Senkebereich 14·« Der Photoabdecker wird entwickelt, und die-verbleibend en ₉ belichteten Teile des Abdeckers werden wie beschrieben gehärtet und getrocknet» Sodann wird das freigelegte Aluminium mit der oben beschriebenen Aluminiumätzlosung geätzt« Diese Misung wird so lange fortgesetzt, bis alles freigelegte Aluminium entfornt ist« Das Plättehen 10 wird sodann zur Entfernung der restlichen anhaftenden ^tzlösung in entionisiertem Wasser gewaschen» der verbliebene belichtete Photoabdecker wird- entfernt ₉ und das Plättchen wird sodann erneut in entionisiertem Wasser gewaschen und getrocknet, alles wie oben beschrieben.

10

Falls das Plättchen/Teil eines größeren Körpers (beispielsweise der oben erwähnten Siliciumscheibe von 1,25 Zoll Durch-

BAD

0Q9827/046S

messer) ist₉ wird das Plättchen 10 nunmehr von dem größeren Körper getrennt» beispielsweise nach einem herkömmlichen m„ Sodann kann das Plättchen 10 auf einem (nicht aargestellten) Kopf stück bzw ο Träger montiert inrercVen/ das im typischen Fall aus ^iner ICovar·= Scheibe besteht, die an ihrer einen Hauptoberfläche goldplattiert ist und mit einem Zuleitungsdrahtalsäußerer elektrischer Anschluß versehen ist. Diese Halterung kann in der Weise äurchgeführt werden, daß man zwischen die Unter=- seite 5 des Plättchens 10 imd die goläplattierteJCovar·= Oberfläche eine vorgeformte Schicht aus Gold~Saliczum-Eiitektikum einbringt und sodann das gesamte Gebilde ausreichend erwärmt, um die Oberfläche 50 des Plättehens 10 mit der Tcrvar-Oberflache zu verbinden und den im-wesentlichen Ohrnschen Anschluß 32 au dem Plättchen 10 zu erzeugen „ Ire typisöhen Pail weist das Kopfstück ferner auch mehrere weitere "Dralitsul-eitungen. als- äußere elektrische* Zuleitungen zu den anderen Anschlüssen der Vorrichtung, d_eh. zu den Anschlußlaschen 24, 26,- 28 und 30 auf. Die Änschlußverbindungen zu diesen iiasehen können mit Golddraht nach einem herkömmlichen Thermopreßverfähren hergestellt werden_o Sodann kann die Anordnung in herkömmlicher Weise gekapselt werden.

Arbeitsweise der Vorrichtung y Fig. 5 zeigt ein Schaltschema einer impulsverstärfcerschaltung

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16U335

un t er V er wendung eine s/ "r.^re t all—I sola't or -TTa IbI ei t er tr ans i s t ο rs {Oberfl^'chen-reldeffeltt-^raiisistois) ο Pie Schalti.mg -veist . einen Transistor 50 gam^ß der Erfindung auf» dessen Substrat in₉ Ouelle 12, Senke 14, Gatterelektrode 18 und Schirmelektrode 20 den gleiehbezeiehneiren Teilen in den Figuren 1 bis 4 entsprechen. Wie in Fig, 5 ge£:eigtj, sind das Substrat *0 und die Quells 12 initeiaander und mit einem auf Besugspo-· tential liegenden Punkt verbunden* während die Senke 14 über einen Lastwideratand 62 mit einer Betriebsspannungs· quelle =ν·ρ·ρ verbunden ist» Da die Tisgoritätsladtingstrfiger in dem Quellebereich 12 und in dem Senkebereich 14 (diese Bereiche haben bei dem vorstehend beschriebenen speziellen Äusführungsbeisniel ^Leitfähigkeit) löcher sind» ist die Senke 14 gegenüber der Ouelle 12 negativ vorgesOannt₉ derart daß ein Löcherstrom von. der Quelle 12 zu der Senke 14 veranlaßt wird*

Gern^ß der "Erfindung liegt an der Schirmelektrode 20 ebenfalls

-Vs

ein bezüglich der Ouelle 12 negatives Potential^ und das von einer Signalquelle 64 gelieferte Signal wird zwischen Ouelle 12 und der Gitterelektrode 18 ebenfalls in solcher Polarität angelegte daß die Gatterelektrode 18 negativ gegenüber der Ouelle 12 wird«, Zwischen der Schirmelektrode 20 und der Quelle 12 1st ein Nebenschlußkondenaator 66 für Signale mit Frequenzen gleich oder größer der niedrigsten FrequenzkoiBpbnentä des von der Signalquelle 64 gelieferten Signals vorgesehen. In der

Schaltung gemäß Fig. 5 verstärken die elektrischen

009827/0465

^i-iilsr,, welcne rlxireli lie awl sehen der Gatterelektrode 18 ' -.-ivi dem r?uBll5l:ceeirs"·' 1.2 angelegt-e Spannung,-' sowie durch die "sv/isehen «"-er Schirmelektrode 20 und dem'Quellebereich 12 angelegte Spannung ersetigt werden₉ die Stromleitung zwischen dem cjueXlehereieh 12 und dem Senkebereieh 1.4 ₉-. indem . "bewegliche: Löe-lier' längs dem zwischen den Bereichen^ 12 und 14 liegende.n ^eIX der Ov.erflä'Ghe 36 gesogen werden„ Diese Lo=- eb.t?.r "fließen ä&mi "unter 'der. Einwirkung-des zusätzlichen.., cirrroh die zwischen Ami Bereichen 12 und 14 angelegte Span-mÄD>;-erzeugt on. slektrisehßii Felds zwischen dem-.Quellet e= :·.-{·.iah '\2 imci dein. Senl?öt>ereiDh 14» Da "gemäß der Erfindung ·■ rut Gatterelekti'cäe 18 den Quelle "bereich 12 ₉ die S'-chirm= elektrode 20 λen Senkenereioh 14 und die Gatterelektrode 18 und die Schirmelöktroäe 20 einander überlappen, erstreckt' sich die geiseiiisara durch die Elektroden 18 und 20 bewirkte Anreioherimg ozw»..Erhöhung der Leitung ziisamnienhängend über den Tier ei eh zwischen dem Quelle"bereich 12 und dem Senkebereich 14. Somit sind- entlang dem Stromkanal zwischen dem Quelle-ber.eiea .12 und dem Senk eh er eich 14 keine nicht-Steuer« baren Bereiche hohen Widerstands vorhanden, welche die wirksame Erhöhung der Leitung zwischen den "beiden Bereichen durch an die eine oder an die andere oder an beide Elektroden 18 und 20 angelegte Spajantmgen unterhinclen kö'nnten.

Da ferner das Pptential jeder dieser beiden'leitenden Schien

BAD ORiGINAL 0 098 2'

ten 18 und 20 jeweils unabhängig vom Potential der anderen Schicht steuerbar ist, ist es möglich_? gleichseitig die Leitfähigkeit des Stromkanals zwischen den Bereichen 12 und 14 zu modulieren» In den Figuren 2 und 4 ist in diesem Zusammenhang schematised, die Auswirkung angedeutet, die man erhält,, wenn an die Ge.tterelektrcde 18 eine Spannung solcher Größe angelegt wird,, daß das von ihr an der O"berflache 36 des PlSttohena 10 erzeugte elektrische Feld wesentlich ·

kleiner als das durch die an. die Schirmelektrode 20 angelst
legte SOannung --Vg erzeugte Feld/, Unter diesen Bedingungen v/erden unterhalb der Elektrode 18 weniger bewegliche Ladungsträger indusiert als unterhalb der Elektrode 2O₉ und der Stromfcanal zwischen dem Quellebereich 12 und dem Senkebereich 14 ist unterhalb der Elektrode 18 weniger leitfähig als unterhalb der Elektrode 2O₀ Dies ist in Fig. 2 in der Teise scheinatiech angedeutet,, daß der unterhalb der Elektrode 18 gezeichnete Bereich von Stromfäden 68 (welche den Löcherstrom zum Senfcebereich 14 darstellen) schmaler ist als der entsprechende Bereich 70 unterhalb der Elektrode 2Oo

Aus den vorhergehenden Erläuterungen erkennt man₉ daß der Verstärkungsfaktor des in Fig. 5 gezeigten Verstärkers durch '"'nderung der an die Schirmelektrode 20 angelegten Spannung steuerbar ist. Beispielsweise kann bei Verwendung dieses' Verstärkers im HF-Teil oder im ZF-Teil eines Radioempfängers

_BAD

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die Verstärkungswirkung dadurch verhindert werden,, daß man an die Schirmelektrode 20 die atitomatische Verstärkungsregel»= spannung des Empfängers legt. Alternativ kann man durch Anlegen einer verhältnismäßig großen festen Spannung an die Schirmelektrode 20 die leitfähigkeit des Bereichs 70 des Stromkanals zwischen dem Quellebereieh 12 und dem Senkebereich 14 so viel größer machen als die Leitfähigkeit des Bereichs 68 desStrotfkanalSj daß der Senkebereich 14 praktisch um einen Betrag gleich der Länge des Bereichs 70 in Richtung auf den. Quelle"bereich 12 verschoben wird. Indem man auf diese Weise die Effektiventfernung zwischen dem Quellebereieh 12 und dem.. Senkebereich 14 verkürzt $ wird der Minimalwiderstand des von der Gatterelektrode 18 gesteuerten Bereichs des Strom= leitpfades auf einen sehr niedrigen Wert verringert. Diese Herabsetzung ist in SehaltStromkreisen äußerst erwünscht.

In Fig* 5 ist die Signalquelle 64 als Impulsgenerator angegeben; die Anordnung gemäß Pig« 5 kann jedoch zur Verstärkung von Signalen jeder beliebigen anderen Wellenform verwendet werden. Falls eine Klasse-A-Verstärkung derartiger Signale im Anreicherungsbetrieb ("enhancement-mode", Betrieb mit stromsteigernder Steuerung) erwünscht ist, wird eine feste Vorspannung in herkömmlicher Weise zwischen der Filektrode und dem Bereich 12 angelegt,, wodurch die Elektrode 18 hinreichend negativ gegenüber dem Bereich 12 vorgespannt wird.

BAD

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-34 - 16H335

um die Elektrode 18 selbst für die positiven Spitzen der von der Signalquelle 64 gelieferten Signalspannung gegenüber dem Bereich 12 negativ zu halten» Falls eine Flasse-B-Verstärkung erwänscht ist, kann dieses Vorspannpotential ■unterbleiben oder ein entsprechend kleineres TorspannpotentiaD-angelegt werden»

Außerdem können die Anordnungen gemäß Figuren 1 bis 4, bei welchen ein nennenswerter Strom »wischen dem Quellebereich 12 und dein Senkebereich 14- selbst dann fließt«, v/enn von der Gatterelektrode 18 und der Schirmelektrode 20 eine oder beide sich auf dem gleichen Potential wie der Quellebereich 12 befinden;, auch in der Iferarmungs—Betriebsart ("depletion mode"₉ "Betriebsart mit stroiadrosselnder Steuerung) betrieben v/erden, indem man an die Gatterelektrode 18 oder die Schirmelektrode 20 oder an beide Steuerspannungen anlegt ₉ welche das Potential wenigstens einer dieser Elektroden auf einen gegenüber dem Potential des Ouellebereichs 12 positiven Wert bringen.

Der in den Figuren 1 bis 4 gezeigte und vorstehend anhand dieser Figuren beschriebene Transistor gemäß der Erfindung stellt nur ein spezielles Ausführungsbeispiel aus einer großen Gattung von Halbleiteranordnungen gemäß der Erfindung dar. In den Figuren 6 bis 9 sind in Schnittansicht die Steuerelektrodehsysteme gemäß vier weiteren Ausfühnmgsformen der Tür-

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fin clang; clar^e at slit * Dabei sind in den Figuren 6 "bis 9 solche "Elemente,,, die gleich oder ahnlich den entsprechenden Eleraente» des 'Transistors gemäß den Figuren 1 bis 4 sind_s mit den gleichen Bezugssiffem wie in den !figuren 1 his 4 bezeichnete

Die Anordnung gemäß l^?ig_o 6 unterscheidet sich voii der nach den Figuren 1 his A darin,, daß die Schirmelektrode 20 unterhalb einem .'i'sil der- Oatterelektrode 18 statt darüber liegt „ Eine derartige Anordnmig; ist besonders erwünscht, da hierbei die Äviaschenelelrfc^.-aenkapazität zwischen der ßatterelektrode 18 xmü äexü Sank-ebereieh- 14- auf einen außerordentlich niedrigen "/er't-lierabgssetsi; fiird;, wodurch wiederum die liaximalf requenz, bei welcher di-?= Anordnung geiniiß der Erfindung betrieben v/er— den kann, iieeh weiter-angehoben wird* Die in Fig„ 6 gezeigte ilnordmmg kann im ganzen--.gesehen wie weiter oben beschrieben hergestellt wer el en _s mit der ilusnahrne«, daß die Schimielektrode 20 "/orziugsweise aus siriaifi ,R.Ölirenm-etall, d.h. Tantal, Niobium oder Titan besteht _s das durch. Zerstäuben aufgebracht -werden kann» lisch der Herstellung der Elektrode 2Ö wird diese anodisch oxydiert und danach die Gatterelektrode 18 nach deir bereits oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Das Gebilde gemäß Fig. 6 kann in.der oben beschriebenen Schaltung gemäß Fig. 5 verwendet werden» Eine elektrostatische Abschirmung ^ird insoferne erreicht, als der Febenschluß~Blockkon·™ densator 66 die Elektrode 20 für sämtliche Eingangssignalfre-

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quensen auf dem Potential der Quelle 12 häH.

In den Figuren 7 "bis 9 sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellte bei welchen das Elektrodensystem drei Elektroden umfaßts d.h. eine Gatterelektrode 72 und swei Schirmelektroden 74 und 76. Gemäß der Erfindung sind diese drei Steuerelektroden in einer' Richtung parallel' ssur Oberfläche 36 des Plättchens 10 seitlich gegeneinander vorsetzt., Jede der Schirmelektroden. 74 und 76 überlappt mit der Gatterelektrode 72, und jede überlappt ferner jeweils mit dem Quellebereich 12 haw* dem Senkebereich 14. In dieeen sämtlichen Ausführungsformen ist jeweils jede der Elektroden 72, 74 und 76 von der Oberfläche 36 des Plättchens 10 nur durch Isolatormaterial getrennt. Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 werden beide Schirmelektroden 74 und 76 von der Gatterelektrode 72 überlappt; die Schirmelektroden 74 und 76 vermögen daher die Gatterelek trode 72 elektrostatisch sowohl gegenüber dem Ouellebereich als auch gegenüber de® Senkebereich 14 abzuschirmen. Bei der ^ΛηOrdnung gemäß Fig. G überlappen die beiden Schirmelektroden 74 und 76 die Gatterelektrode 72 _$ während bei der Anordnung gemäß Fig. 9 die Gatterelektrode 72 die Elektrode 74 überlappt und ihrerseits von der Schirmelektrode 76 überlappt wird. In den Figuren 7 und 8 trennt eine Isolatorschicht 22, bei der es sich um eine in der oben beschriebenen Weise durch Vakuumabscheidung aufgebrachte Siliciuradioxydschicht handeln

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kann«, die Gairberelektrode 72 von den Schirmelektroden 74 und 76« Pel der Anordnung gemäß Fig. 9 dienen.zwei derartige Schichten 22 und 22* sur Trennung der Blektroden 74 und 76 von der Elektrode 72. Aus der weiter oben gegebenen detaillier= ten Besehreibimg des Aufbaues, und der Herstellung der Anordnung gemäß den Figures 1 bis 4 ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres, wie die in den Figuren 7 bis 9 dargestellten Anordnungen herbusteilensind.

10 veranschaulicht schematisch eine Schaltung mit einer Anordnung gemäß Fig»7„ Wie aus Fig. 10 ersichtlich, wird an die Elektrode 74 eine Anreiche.rungs spannung ~V_g angelegt, während an die Schirmelektrode 76 eine Anreicherungsspan·= nung «=ν.φ angelegt ist, Kittels Kondensatoren 78 und 80 werden die Schirmelektroden 76 und 74 für die Signalfrequenzen zum Ouellebereich/kurzgeschlossen. Soweit die an die Schirmelektrode 74 und die Schirmelektrode 76 angelegten negativen Potentiale beide verhältnismäßig groß im Vergleich zu dem von dem Signalgenerator 64 gelieferten negativen Potential sind, ist die wirksame Länge des Stromleitungskanals praktisch gleich der Entfernung zwischen den Elektroden 74 und 76. Da der Abstand zwischen den Ketallfilmen mit weitaus größerer Genauigkeit kontrollierbar ist als der Abstand der Diffusions« hereiehe 12und 14, ergibt diese Vorspannart eine größere Einheitlichkeit und Gleichheit der Betriebskenngrößen aufein·= anderfolgender Anordnungen,als wenn die wirksame Stromkanallänge

;■-"-, . BAD O^Jßt^ ·''·

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durch den Abstand der Qualle— und Benkebereiolie voneinander ■bestimmt wird» !Ferner schirmt die Schirmelektrode 76 die Gatterelektrode 72 elektrostatisch gegenüber dem Senkebereich 14 al» und reduziert damit die Kapazität syrischen dieser Eingangselektrode und der Senke ganz erheblich_s wodurch die Hochfrequenzeigenschaften des Transistors verbessert werden. Da der Ätifbau der Anordnung gemäß Pig_o 7 symmetrisch bezüglich der Gatterelektrode 72 ist,, eignet sich diese Ausfiihrungsforni besonders gut aur Anwendung in Fällen;, wo es erwünscht ist, den Bereich 12 aafeinanderfolgend als Quelle und sodann als Senke und entsprechend den Bereich 14- aufeinanderfolgend als Senke und sodann e,ls Quelle zu verwenden.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. TO werden an die Schirmelektroden 74- und 76 feste Potentiale gelegt j dies ist jedoch nicht die einsige ilrt₉ in welcher der Transistor gemäß "Pig» 7 betrieben werden kann«, Alternativ kann die Verstärkung des Transistors gesteuert werden-, indem man das an die eine oder andere oder an beide Schirmelektroden 74 und angelegte Potential verändern» Außerdem kann der Transistor als aktives Element eines Modiilairors oder Frequenswandlers verwendet werden, indem man geeignete seitveriinderliehe Signale an die entsprechenden S teuer elektroden 72, 74 und 76 anlegt«

In der bisherigen Erläuterung wurden transistoren beschrieben.

00982-7/(UiS

die aui moTio>risu8lliiiei!3 n-iiiliciiim aufgebaut sind. Afternai.iv tonnen die PransistoTßn gemäß der Erfindung selbst=- verständlich auoli aus p-Silioiuni hergestellt werden, mit darin· erzeugten ii-ßueile- und Senkebereieheno In derartigen Transistoren int es er-minsolit_s eine Stromleitung zwischen dem QxteXl.e-- mn' rl era Eftrxkaber-eicli längs solcher Pfade su ΐ·* ^uß^ru^lb den von der Steuer— und der ^x ■·■ I^ übsrquerten Pfaden liegen. Diese uner- _: iJiii 'rann dasäuruh unterljundftn werden, daß man in dem '"läti-·.·⁵,'-!«.; *bei3pielsT,?eise durch Eindiffundieren einer τ:-^iai-Piril-ait,_y wie etwa THoT₉ einen f'ohutzring aus r.-'r,"ateiⁱ1.-'.-l s-r-:,^υ.·:»-.:.-?.. welcher den Ouelleljei^eicli xmä den

oh uiis?-:l?reiM und unter "beiden Enden jeder SteuerverlJii5.ft₉ -von ihnen Jedoch durch eine Oxidschicht isoliert- ist„ .

In der Trorher^'jhenden Beschreihtmg -inirde ein monokristalliner Halbleiterkörper Kiigrunde gelegt« Ein derartiger monokristalliner Ohkv&kt■■-*;·? ist für solche 'transistoren, erwünscht ₉ die bei Anlf-gen vcn .Potentialen in Sperrichtung verhältnismäßig niedrige-.'. Duelle- und -enke-Sperrströmej und eine verhältnismäßig hohe Yajoritatsladungstrftgerbeweglichkeit /besitzen sollen, In.^ransintoren jedoch, für welche niedrige Duelle- und SenkesTserrntröTiie und eine verhältnismäßig hohe MajoritätsladuTigsträgerbeweglichkeit von geringerer Bedeutung sind,

BAD 00 9 827/046S

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... 40 -

können polykristalline Stoffe verwendet werden.

Die Transistoren gemäß der Erfindung können ferner als Substrat oder Unterlage andere Halbleiter als Silicium aufweisen, beispielsweise elementares halbleitendes Germanium, oder die Halbleiterverbindung Gallium-Arsenid. In derartigen Fällen kann es erwünscht sein, als Isolierschichten andere Stoffe als die Oxyde des Substratmaterials zu verwenden. Beispielsweise können durch Vakuumabscheidung aufgebrachtes Siliciumdioxyd und Siliciumnitrid (Si,N.) ebenfalls verwen~ det werden.

Das Metall, aus welchem die leitenden Schichten in den beschriebenen Anordnungen bestehen, muß nicht notwendigerweise Aluminium, sondern kann ein anderes Metall sein, beispielsweise ein Röhrenmetall wie Tantal, Titan oder Niob, oder ein Metall (wie beispielsweise Chrom), das in einfacher Weise durch Aufdampfung oder Aufsprühen abgeschieden werden kann.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind der Ouelle- und der Senkebereich sowie die Steuerelektroden rechteckförmig und parallel zueinander angeordnet. Selbstverständlich sind jedoch auch andere geometrische Anordnungen ohne weiteres möglich. Beispielsweise können die verschiedenen Elektroden als geschlossene koaxiale Ringe ausgebildet sein, wobei die

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Senkeelektrode innerhalb des von der Quelleelektrode umschriebenen "Bereichs angeordnet ist und das Elektrodensystem gemäß der Erfindung zwischen der Quelle- und der Senkeelektrode vorgesehen ist« Biese Ringe brauchen nicht kreisförmig und brauchen selbst nicht einmal koaxial zu sein» Sie können beispielsweise quadratisch, rechteckig oder sonst beliebig geformt sein. "Bei Verwendung einer Binggeometrie braucht für eine Vorrichtung mit einem p-Ralblelterkörper kein Schutzring vorgesehen zu werden.

Die in den Figuren 5 und 10 gezeigten Sehaltungsheispiele sind Verstärkerschaltungen. Selbstverständlich können Jedoch •Transistoren gemäß der Erfindung ohne weiteres in Oszillatorschal tungen, Sehalterkreisen, Modulations- und Demodulatlonsschaltungen, Gleiehrichtschaltungen, Frequenzwandlern und anderen, dem Fachmann geläufigen Schaltungen vorgesehen werden. Ferner können die Transistoren gemäß der Erfindung als Elemente in-integrierte Sehaltkreise einbezogen sein, die auf einem gemeinsamen StuckHalbleitermaterial hergestellt sind» ■■"■ : - . '.-'■■ _ _ ■.";.. ■■■■.-. -;.·■-' "" /

Des weiteren wurde die Erfindung vorstehend anhand eines spezifischen Verfahrens zur Herstellung von Transistoren gemäß dfer Erfindung im einzelnen beschrleben, wobei spezifische

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Abmessungen für einzelne Bauteile angegeben mirden_o Dieses detailliert beachriebene Verfahren und die angegebenen Abmessrargswerte haben jedoch nur Beispielsv/ert,, ohne daß die Erfindung auf nach diesen Verfahren und mit- diesan speziellen Abmessungen hergestellte 'Transistoren oeachränlri; sein soll.

- PatentanstirUche

Claims (7)

1„ Metall-Xsolabar-Haibleiter-^aasist'or.' (Oberfl&chen-Peldeffekt-Transistor)* welelier in einem Halbleiterkörper von einem gegebenen XsSitralilgUieitstyp ©inen Quellebereich, und einen Senketosrelch iron (Entgegengesetztem LeifcfMftigkeitstyp aufweist, die In Abstellet ■wciw.insiid.er angeordnet sind und teilweise dur-ob <3ie eine oberfläche des- Halbleiterfeörpers begrenzt werden-, sowie eine'auf dieser Oberfläche-, vorgesehene "Isolierschiebt _g welche sowohl den Qneilebereieh als auch den Senkebereicli teilweise überlappt land sich zwischen diesen beiden Bereichen zusammenhängend erstreckt, sowie'ein Über dieser Isolierschicht liegendes Kle^trodimsystera, das sich -zwischen dem Quellebsreieh und dem Ssnke'sereich erstreckt--und- die beiden Bereichs überlappt> dadurch g e k e η η zeichnet s daß das Elektrodensystem mehrere, voneinander isolierte und gegeneinander in einer Richtung parallel zur Oberfläche (36) des Halbleiterkörpers (10) versetzte leitende Schichten (iß, 20_p Figg. 1 bis 4, 6; 72, 7^, 76,■PIgS 7 bis 9) aufweist, wobei jeweils benachbarte derartige leitende Schichten (18, 20* Figg. 1 bis 4-., 6; 7^ und 72 sowie 72 und 76, Figg· 7 bis 9) einander überlappen, und jeweils ein Flächenbereich jeder dieser leitenden Schichten von der Oberfläche

BAD ORiGfNAL 00 9 &2 J/(U-Bl --

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(36) des Halbleiterkörper (10) lediglich durch isolierendes Material (l6_£. bzw. l6 und 22* Figo 2 und Figg» 7 bis 9) getrennt ist.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-η et "ρ daß de? Halbleiterkörper "(10) aus raonokristallinera Silizium, die isolierende Schicht (16,, 22) aus an der Halbleiteroberfläche 06) haftendem Siliziumeaeydj, und die einzelnen leitenden Schichten (18* 20, Pigg. 1 bis 4, 6; 72, ' 74, 76, Pigg. 7 bis 9) aus einem Metall bestehen.

3· Transistor nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch g e ke η η ζ e i c h η e t , daß das Elektrodensystem drei leitende Schichten (72, 74* 76, Pigg. 7 bis 9) aufweist, von welchen eine erste (74) den Quelie-Bereich (12) überlappt und sich in Richtung auf den Senke-Bereich (14) erstreckt, jedoch von diesem in Abstand angeordnet ist, von welchen eine zweite t7f>) den Senkebereich (l4) überlappt und sich in Richtung auf den (Quelle-Bereich (12) erstreckt, jedoch in Abstand von diesem angeordnet ist, und von welchen die dritte (72) sowohl die erste leitende Schicht (74) als auch die zweite leitende Schicht (7β) überlappt.

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4. Hr;lialfcimg3Si!o2'dBung reiter Verwendung eines Transistors nach einem oder niehrer'ön der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g β k© η ii ζ e 1 e h η et , daß zwischen dem Quellebe-p-sich (12) -und der einen leibenden Schicht (18, FigV 5 in Vsi'Mniimig mit Figg. 1 bis 4, 6; 72, Flg. 10 in Verbindung mit Figg. 7 bis 9), weiche den Quellebereich (12) Überlappt, aas sinem Si^islgeiieratör (64, Figg. 5 bzw. 10) ein Signal angelegt ist _s daß zsjisehen dem Quellebereich (12) und einer anderen der leitenden Schichten (18, Fig. 5s 7^ bzw. 76, Fig. 10) eine einseitig gerichtete Spannung solcher Polarität angelegt ist, daß hierdurch die Leitfähigkeit eines Teils des durch den Quelletaereieh (12) und den Senkebereich (l4) begrenzten Bereichs in dem Halbleiterkörper (16) erhöht wird, und daß zwischen dem Quellebereich (12) und dem Senkeberelch (l4) unter Einschaltung eines Lastwiderstandes (6>2, Figg. 5 land 10) eine Betriebsspannung (- V^, Figg. 5 und 10) solcher Polarität angelegt ist, daß hierdurch ein Majoritätsladungsträgerstrom von dem Quelle-Bereich (12) -zu dem-Senke—-Bereich (l4) erzwungen »ird.

5» Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e 1 c h η e t , daß das Elektrodensystem zwei leitende Schichten (18, 20, Figg. 1 bis 6) aufweist, von welchen eine erste (18) unBiittelbar auf der an der Halbleiteroberfläche

BAD ORlQfISSAL

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(36) haftenden iMoIieranden Öehioht (16) aiiiMi^gb und nur raib dem einen der balden Quelle- bsi?. Sejiko-v-^elöhe (12 J.4) überlappt und sieh über denjenigen B&rviah (IP. bssw. 14) _t mit welchem sie überlappt,, hiaaua in Biehfcung auf den anderen (I^ bzw. 12) Beraioli erstreeldv jedoch in Abstand von diesem anderen Bereich (l4 bzw« IS) angeordnet lsi;, daß über» dam dem anderen Bsreicli näühstliegenäsn Rand der ersten leitenden Schicht (l8) und r/snigstens über einem an diesen Rand an·» ssohließenden Bereich dieser ©rsts« ^-»hicht (l8) einr weiterer Isolierfilm (22) vorgesehen ist, ynd daß über diesem Isolierfilm (22) die zweite leitenda Schicht (20) vorgesehen ist, welche sieh zusaEsmenh&ngena 'zwischen der ersten leitenden Schicht (18) und dem anderen Bereich (ΐΛ) erstreckt und sowohl mit der ersten leitenden Schicht (lS) als auch mit dsm anderen Bereich (lA) überlappt-Tand von dem ersten Bereich (12) in Abstand angeordnet ist.

6. Transistor nach Anspruch 5* dadurch g■ -a k & η η ζ e i c h net-« daß der erste Bereich (12) der Queilobereieh und der andere Bereich (14) der Senkebereieh ist.

7. Transiis tor nach Anspruch -% dadurch g e" k e χι η ζ e i c hn e t s, daß der erste Bereich der Senkebereieh (14) und der andere Bereich der Quelleberelch (12) ist.

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