DE1639241A1

DE1639241A1 - Halbleiteranordnung und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE1639241A1
Application number: DE19681639241
Authority: DE
Inventors: Muller Warren Harry; Wanlass Frank Marion; Aldo Mecchi
Original assignee: Arris Technology Inc
Current assignee: Arris Technology Inc
Priority date: 1967-02-08
Filing date: 1968-01-16
Publication date: 1970-01-22
Also published as: JPS4811671B1; SE350367B; NL141030B; US3503124A; GB1207370A; NL6801748A; FR1551444A; CH477094A

Description

GENERAL INSTRUMENT CORPORATION, Newark, New Jersey, USA

Halbleiteranordnung und Verfahren zum Herstellen derselben

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Halbleiteranordnung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen derselben. Sie bezieht sich insbesondere auf Halbleiteranordnungen sehr geringer Größe, in denen leitende Elektrodenbereiche gebildet werden sollen, die genau mit entsprechenden Bereichen des Halbleiterkörpers zusammenpassen.

Der Trend in der Herstellung von Halbleitereinheiten geht zu in:ner stärkerer Miniatur!sierung. Diese Tendenz ist schon ziemlich weit fortgeschritten, und Anordnungen, die der..gen aß hergestellt sind, stehen schon in ausreichender.* Maße korr,i:.er— ^iell zur Verfügung, so daß Rauniprobleine nicht mehr langer eine bestimmende Größe in der Konstruktion von elektrischen Einrichtungen sind. Es könneia bereits integrierte Schaltungen gebaut werden, die so klein sind, daß die Größe und der Rau.r., den sie einnehmen, nicht kritisch ist. Es oesteht jedoch noch der Wunsch zu weiterer Verringerung der Große der in Frage kommenden Einheiten.

Außer der Größe selbst gibt es wichtige Eigenschaften der früheren integrierten Schaltungen und Halbleiteranordnungen, die eine Beziehung zur Größe haben und ihre Anwendbarkeit und

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Nützlichkeit einschränken. Insbesondere dio Zuvei'llissi ;i:eit . bei der Herstellung - die Möglichkeit, die .'vnordnun;ei. ir:, kommerziellen Rahmen in Bezug au:' die genaue:. Bedingungen und ohne unzulässig hohen Ausschuß herzustellen - die Ansprech^eschwindigkeit - d.h. die Schnelligkeit, n.it der eine henziii.r.-te Anordnung auf eine Änderung des anliegender. Signals reagiert - sind einengende Faktoren in der bisher bekannten elektrischen Schaltung technik. '«Venn die Techiiik auch in der Lage ist, Ha Ib leite !'anordnungen r.it extren. kurzeii Ansprechzeiten in der Größenordnung von einigen riar.osekunden zu bauen, so ist dies doch als das Äußerste Detrachtet worden, obgleich Verbesserungen in der Ansprechgeschwindigkeit den Bereich der Anwendbarkeit und Nützlichkeit von Halbleiteranordnungen noch größer r.-.achen wurden al:: er v.ar. Ein an leres Proble-:., das in Verbinlunr r..it sehr kleinen Hilbleiteranordr.ungen auftrat, ist die Parallelkapazität zwischen der G*;euerelektrode und der Aus-an^selektrode. Diese ?>.apazität bewirkt einen inneren RUckkopplunoseffekt, der unerwünscht ist und die Brauchbarkeit der in Fra^e stehenden Anordnung ein-

Die Ansprechgeschwindi^keiten von Kalbleiteranordnun^en sind heutzutage so hoch, daß sie zur;, großen. Teil durch die Geometrie der Anordnungen begrenzt werden. Beispielsweise in einer Feldeffektanordnung, die aus zwei als Ausgang wirkenden Bereichen (Quelle und Senke) Desteht, die durch ein Steuer-

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oder Durchlaßbereich getrennt sind, bestimmt die Breite des Steuerbereiches, die den Abstand zwischen dem Quellen- und Senkenbereich festlegt, die Ansprechzeit. Das Problern ist ein Problem der Fabrikation und bezieht sich nicht so sehr auf die tatsächliche Abmessung der Breite des Steuerbereiches als auf die richtige Positionierung des Steuerbereiches und anschließend auf die Bildung und Positionierung der Elektrode, die danit zusammenarbeiten soll. In praktischen Anordnungen sind Steuerbereiche n-.it einer Breite von etwa δ u erreicht worden, aber bit; zur. Zeitpunkt der vorliegenden Erfindung ist kein praktisches Verfahren zum Herstellen von Anordnungen mit Steuerbereichen von geringerer Breite bekannt gewesen. Ein Verfahren zw.. Hei stellen von Halbleiteranordnungen mit Steue roe reicher, diener Breite sowie zun. Erzeugen von Steuerelektroden, die gei.au r:.it diese:, oteuerbersichen zusammenpassen, ist in der hierr.it itr. Zusammenhang stehenden Patentanmeldung von Frarl: M. Wanlass, U.U. 3er.No. 993825, vom 23. Juni I967 mit den Titel "Verfahren zur;. Dotieren einer Halbleiteranordnung" beschrieben, die auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden iUirneldiing übertragen wurde. Entsprechend diesen'. Verfahren, der: Besten was Anwendern vor der vorliegenden Erfindung bekannt v;ar, wird eine Steuerelektrode gebildet, die genau und eng zu der-, oteuerbereich der Halbleiteranordnung paßte; aber diese Steuerelektrode überlappt etwas die den: Steuerbereich benachbarten Quellen- und Senlrenbereiche. Die Überlappung ist vergleichsweise gering, in der Größenordnung von

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etwa 6 μ, und außerordentlich klein im Vergleich zu derjenigen, die durch Verfahren erreicht werden konnte, die vor der in der. oben erwähnten Anmeldung Ser. No. 993825 beschriebenen Erfindung bekannt waren. Aber diese Überlappung ergab trotzdem eine Verringerung der Ansprechgeschwindigkeit der Anordnung. Die Existenz der Überlappung erfordert außerdem, daß die Anordnung etwas größer ist, als dies sonst der Fall ware, und zwar um den Betrag der Überlappung.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Halbleiteranordnungen zu schaffen, die beim Ansprechen wesentlich schneller sind als die besten, die bisher bekannt geworden sind. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden Anordnungen mit Ansprechzeiten geschaffen, die um den Faktor 10 schneller sind als die vorher bekannten Anordnungen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Halbleiteranordnungen zu schaffen, deren Rückkopplungskapazität wesentlich geringer ist. Durch -das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Verringerung der Rückkopplungskapazität um den Faktor 20 bis 40 erreicht.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Halbleiteranordnungen zu schaffen, die wesentlich kleiner gemacht werden können als es für möglich gehalten worden ist. Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung

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der Packungsdichte um den Faktor 4 verwirklicht worden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen solcher wesentlich verbesserter Halbleiteranordnungen zu schaffen, das der kommerziellen Anwendung zugänglich ist und das ausreichend zuverlässig und genau ist, so daß die Größe des Ausschusses auf einem ausreichend kleinen Wert gehalten werden kann.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine genaue Einhaltung des Ortes derjenigen Bereiche des Halbleiterkörpers, die dotiert werden müssen, erleichtert die Durchführung der gewünschten Dotierung, 1st leicht anpaßbar an die Herstellung vieler verschiedener Typen und Konstruktionen von Anordnungen, insbesondere jener Anordnungen, die für den Einbau in gedruckte Schaltungen konstruiert sind, und ist speziell, obwohl nicht ausschließlich,, bei der Herstellung von Feldeffektanordnungen anwendbar. Bezeichnenderweise kann das Verfahren bequem mit nur geringer Anwendung von Spezialeinrichtungen und ohne übermäßige Vorkehrungen im Rahmen einer Produktion durchgeführt werden. Insbesondere dort, wo Photoabdeckverfahren dazu verwendet werden, um äußere elektrische Anschlüsse herzustellen, wie es bei der Herstellung von integrierten Schaltungen üblich ist, ist bei dem Zusammenpassen des photographischen Negativs oder der Maske für diese äußeren Anschlüsse mit dem Halbleiterkörper ein beträchtlicher

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Spielraum zugelassen; das Zusammenpassen der Steuerelektrode ι

mit dem Steuerbereich des Halbleiterkörpers wird mit beachtlich größerer Genauigkeit und mit beachtlich weniger Mühe erreicht als bei dem vorerwähnten Zusammenpassen des photographischen Negativs oder der Maske erforderlich ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine vorläufige Halbleitereinheit hergestellt, deren Körper eine Arbeitsfläche mit zwei Arbeitsbereichen besitzt, die sich darauf er-φ strecken und durch einen Einschnitt in der Fläche getrennt sind. Eine erste Oxydschicht befindet sich in diesem Einschnitt und ist zwischen die Arbeitsbereiche eingefügt, eine zweite, vorzugsweise dickere Oxydschicht ist über Teilen der Arbeitsbereiche vorgesehen, die sich auf der Arbeitsfläche neben dem Einschnitt erstrecken, wobai die zweite Oxydschicht eine Öffnung bildet, die mit der ersten Oxydschicht zusammenpaßt und in Verbindung steht. Dies kann mehr oder weniger so erreicht werden, wie es in der oben erwähnten Anmeldung Ser. No. 995825 gelehrt wird, und der in Rede stehende Aufbau ist im wesentlichen der von Figur 7 der zugehörigen Anmeldung. Derjenige Bereich des Halbleiterkörpers, der mit der ersten Oxydschicht bedeckt ist, bildet bei dem hier speziell beschriebenen Ausführungsbeispiel den Steuer- oder Durchlaßbereich. Die durch die zweite Oxydschicht gebildete Öffnung paßt daher mit dem Steuerbereioh zusammen. Die Steuerelektrode wird in dieser Öffnung und im wesentlichen nur in dieser

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Öffnung gebildet. Infolgedessen paßt die Steuerelektrode mit dem Steuerbereich der Anordnung genau und im wesentlichen ohne Überlappung der dem Steuerbereich benachbarten Quellen- und Senkenbereiche zusammen. Die Steuerelektrode kann gemeinsam mit der Herstellung der Elektroden für die Quellen- und Senkenbereiche und mit äußeren Leitungsteilen gebildet werden, die die elektrische Verbindung mit der Quellen-, der Senken- bzw. der Steuerelektrode herstellen.

Gemäß den Gesichtspunkten des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird die Bildung der Steuerelektrode genau innerhalb der Öffnung in der zweiten Oxydschicht und im wesentlichen ohne Überlappung der benachbarten Quellen- und Senkenbereiche durch Anwendung eines Photoabdeckverfahrens erreicht, bei dem, soweit die Bildung der Steuerelektrode betrachtet wird, eine passende Lichtmaske nicht erforderlich ist. 7r.< diesem Zweck wird über der oberen Fläche der zweiten Oxydschicht und in der durch sie gebildeten Öffnung eine Schicht aus leitendem Material gebildet, wobei das leitende Material die erste Oxydschicht vollständig bedeckt, aber die Öffnung in der zweiten Oxydschicht nicht vollständig ausfüllt, und auf diese Weise ein Tal zwischen zwei Bergen aus leitendem Material in der Öffnung gebildet wird. Auf die obere Fläche der Anordnung wird dann eine Schicht aus Photoabdeckmaterial aufgebracht, die das Tal ausfüllt und eine im wesentlichen ebene obere Fläche besitzt. Infolgedessen ist die Dicke des Photoabdeck-

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materials In dem Tal größer als die Dicke des Photoabdeckmaterials neben dem Tal, d.h. über den Quellen- und Senkenbereichen. Der auf diese Weise beschichtete Körper wird mit Licht solcher Intensität und Dauer exponiert, daß eine Belichtung der Photoabdeckschicht nur bis zu einer Tiefe erfolgt, die im wesentlichen der Dicke der Schicht über den Quellen- und Senkenbereichen entspricht. Dies läßt das Photoabdeckmaterial in der Talmulde unbelichtet. Danach wird das belichtete Photoabdeckmaterial entfernt, aber das unbelichte-

P te Photoabdeckmaterial der Talmulde bleibt an seinem Platz. Diejenigen Teile der leitenden Schicht, die auf diese Weise freigelegt sind, werden dann zum Beispiel durch Ätzen entfernt; das Photoabdeckmaterial, das in den Talmulden zurückblieb, verhindert jedoch das Entfernen des darunter befindlichen leitenden Materials. Dieses darunter befindliche leitende Material, das an seinem Platz bleibt, bildet die Steuerelektrode, und es ist ersichtlich, daß es mit dem Steuerbereich genau und im wesentlichen ohne Überlappung der benach-

fc barten Quellen- und Senkenbereiche zusammenpaßt.

In der zweiten Oxydschicht können passend zu den Quellen- und Senkenbereichen Löcher vorgesehen werden, die leitendes Material aufnehmen, das nachfolgend durch Photoabdeckmaterial abgedeckt wird. Wenn die Anordnung dem Licht ausgesetzt wird, kann das Photoabdeckmaterial über diesen Löchern durch eine Maske abgedeckt werden, um dadurch ein Belichten des unter

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den undurchsichtigen Teilen der Maske befindlichen Photoabdeckmaterials zu verhindern. Diese Teile des Photoabdeckmaterials bleiben erhalten und verhindern damit das Entfernen des darunter befindlichen leitenden Materials und erzeugen auf diese Welse die Quellen- und Senkenelektroden. Dies kann zusammen mit der auf gleiche Weise erfolgenden Bildung von äusseren elektrisch leitenden Anschlüssen zu allen drei Elektroden geschehen.

Weil, soweit die Bildung der Steuerelektrode betrachtet wird, kein genaues Zusammenpassen zwischen dem Steuerbereioh und irgend einer äußeren Anordnung, wie z.B. einer Maske oder einem photographisehen Negativ erforderlich ist, ist es möglich, die Steuerelektrode mit beachtlich geringerer Breite herzustellen, als es bisher für möglich gehalten worden ist, und dies ohne Verlust an Genauigkeit des Zusammenpassens zwischen der Steuerelektrode und dem Steuerbereich, mit dem sie zusammenarbeiten soll.

Die oben erwähnte Anmeldung Ser. No. 993825 lehrt, daß die Steuerelektrode innerhalb der öffnung in der zweiten Oxydsohioht gebildet wird, die bei der Herstellung des Steuerbereiohes verwendet wird und deshalb mit dem Steuerbereich zusammenpaßt. Um die Steuerelektrode zu bilden, war es jedoch notwendig, eine optische Maske in Bezug auf die Anordnung genau einzustellen, und wegen der physikalischen Grenzen und

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der unvermeidlichen mechanischen Fehler, die bei dieser Einstellung auftreten, war es erforderlich, daß die Breite jener Steuerelektrode die Breite des Steuerbereichs überragte. Der Vorteil, der sich durch das Verfahren nach der oben erwähnten Anmeldung in dieser Hinsicht ergab, bestand darin, daß diese Uberlappungsteile der Steuerelektrode von den überlappten Quellen- und Senkenbereichen um einen merklichen Abstand, nämlich die Dicke der zweiten Oxydschicht getrennt waren. Dies stellte eine beachtliche Verbesserung gegenüber vorher bekannten Konstruktionen dar, weil die Kapazität zwischen der Steuerelektrode und den Quellen- und Senkenbereichen stark verringert wurde. Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Überlappung auf Null oder im wesentlichen auf Null verringert und damit die Kapazität zwischen der Steuerelektrode und den Quellen- und Senkenbereichen weiter und sehr beachtlich verringert, während gleichzeitig die Breite des Steuerbereiches wesentlich verringert werden kann. Während die Überlappungs- oder Rückkopplungskapazität bei den früheren Anordnungen etwa 2-3 Picofarad betrug, ist die entsprechende Kapazität in Anordnungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, etwa 0,05 - 0,1 Picofarad.

Die angenommene Güte hinsichtlich der Ansprechgeschwindigkeit in Anordnungen der zur Diskussion stehenden Art wird durch den Ausdruck CL/Cg wiedergegeben, wobei G (Übergangsleitwerk) direkt von der Breite des Steuerbereiches abhängt und

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C die von der Steuerelektrode aus gesehene Kapazität ist (die die Rückkopplungskapazität Steuerelektrode-Senke umfaßt, aber nicht auf sie beschränkt ist). Mit Anordnungen der vorliegenden Erfindung wird eine Verbesserung der Güte, verglichen mit gewöhnlichen bekannten Anordnungen, um den Paktor 8 erzielt, und zwar durch Vergrößern von G um den Faktor 2,

weil die Breite des Steuerbereiches halbiert wurde, und Verkleinern von C um den Faktor 4, v/egen der Geometrie der S

Steuerelektrode relativ zu der übrigen Anordnung=

Zur Lösung der obigen Aufgaben sowie anderer hier noch auftretender Aufgaben bezieht sich die vorliegende Erfindung auf den Aufbau von Halbleiteranordnungen und ein Verfahren zum Herstellen derselben, wie es in den Ansprüchen beansprucht und in der Beschreibung in Verbindung mit den zugehöriger Zeichnungen beschrieben ist, in denen

die Figuren 1-10 schematisehe, jedoch nicht maßstabsgerechte Schnittansichten in einem stark vergrößerten Maßstab sind, die verschiedene Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung in Anwendung auf die Bildung einer Feldeffektanordnung zeigen, wobei die Schnittansichten längs der Linie 10-10 der Figur 11 gesehen sind; und

Figur 11 eine Draufsicht eines Teiles einer integrierten Schaltung in vergrößertem Maßstab ist, bei dem während seiner Herstellung die in den Figuren 1-10 gezeigten Schritte Anwen-

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dung fanden. Die gestrichelten Linien in Figur 11 deuten die Stellen äußerer leitender Anschlüsse an, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wurden und elektrische Verbindungen mit der Quellen-, der Senken- bzw. der Steuerelektrode herstellen.

Obgleich die Erfindung hier speziell in Verbindung mit der Herstellung einer Feldeffektanordnung beschrieben wird, so geschieht dies lediglich, um einige spezielle Vorteile darzu- W legen, die dieses Verfahren in diesem Zusammenhang hat, und es ist selbstverständlich, daß die Erfindung im weiteren Sinne ebenso gut auf die Herstellung anderer Arten von Halbleiteranordnungen anwendbar ist. Und obwohl die vorliegende Erfindung hier speziell in Verbindung mit der Herstellung eines bestimmtes Teiles einer integrierten Schaltung erläutert wird, ist es weiterhin selbstverständlich, daß sie ebenso in Verbindung mit der Herstellung einer diskreten Halbleiteranordnung verwendet werden könnte.

Wenn eine Feldeffektanordnung ±n einem bestimmten Bereich einer integrierten Schaltungseinheit gebildet werden soll, der durch einen Halbleiterkörper einer gegebenen Leitfähigkeit und Zusammensetzung, beispielsweise η-leitendes Silizium, bestimmt ist, ist ein typisches Verfahren folgendermaßen:

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Zuerst wird auf der oberen Fläche 4 des Körpers A eine, Abdeokschicht 2, wie z.B. aus Siliziumdioxyd, gezüchtet oder anderweitig gebildet, und dann wird in dem Bereich, wo die Feldeffektanordnung oder eine andere Halbleiteranordnung gebildet werden soll, in der Schicht 2 in irgend einer geeigneten Weise, wie z.B. durch übliche photolithographische Techniken, ein Fenster 6 erzeugt, wie in Figur 11 durch die strichpunktierten Linien angedeutet ist. Die Schnittansichten in den Figuren 1-10 können als Schnitte längs der Linie 10-10 der Figur 11 innerhalb und außerhalb des Fensters 6 angesehen werden. Andererseits könnte die Darstellung in den Figuren 1-10 als Schnittansichten durch einen getrennten Halbleiterkörper A angesehen werden, der konstruiert worden ist, um eine unabhängige Halbleiteranordnung zu schaffen.

Der nächste Schritt in der Schaffung des Halbleiterkörpers besteht darin, in dem Körper A und in Übereinstimmung mit dem Fenster 6 einen Bereich 8 entgegengesetzter Leitfähigkeit zu der des Körpers A zu erzeugen. In dem hier speziell beschrie benen Beispiel ist der Bereich 8 p-leitend und kann durch Va- kuumniedersohlag von Bor durch das Fenster 6 bei einer Temperatur von etwa 94O°C und für eine Dauer von etwa 20 Minuten, alles gemäß dem Stande der Technik, gebildet werden. Unter den angegebenen Bedingungen diffundiert das Bor bis zu einer Tiefe von etwa 0,1 ^i in den Körper A ein. Andererseits kann der p-leitende Bereich 8 in der speziell in der oben erwähnten

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Anmeldung, Ser.No.' 99^825 beschriebenen Weise oder in irgend einer anderen Art und Weise gebildet werden. Der sich ergebende Aufbau ist in Figur 1 gezeigt.

Als nächstes wird, wie in Figur 2 zu sehen ist, eine ätzmitte lbe ständige Schicht 10 auf der Oberseite des Körpers A über der freiliegenden Fläche des Bereiches 8 und über der Abdeckschicht 2 gebildet. Diese Schicht 10 kann aus irgendeinem ätzmittelbeständigen Material gemacht werden, es ist jedoch hier offenbart, daß sie aus Siliziumdioxyd besteht und mit der Siliziumdioxydabdeckschicht 2 verschmolzen ist. Aus diesem Grunde sind die äußeren Linien der Schicht 2 in Fi^ur 2 mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Schicht 10 wird vorzugsweise durch Niederschlagen von Dampf gebildet, weil dies bei einer beachtlich niedrigeren Temperatur als derjenigen durchgeführt werden kann, die für das Wachsen einer Siliziumdioxydschicht erforderlich ist. Ein übliches Verfahren zum Niederschlagen von Dampf kann bei 300⁰C und einer Dauer von etwa 10 Minuten durchgeführt werden, wodurch eine Schicht 10 erzeugt wird, die eine Tiefe oder Dicke von etwa 1,5 u besitzt. Die auf diese Weise niedergeschlagene Schicht 10 wird dann dadurch verdichtet, daß sie einer Temperatur von etwa 95O-1OOO°C ausgesetzt wird. Diese Temperatur ist vergleichbar mit jener, die für das Wachsen von Siliziumdioxyd erforderlich ist; es würde jedoch eine Dauer von etwa 10 Stunden für das Wachsen einer Schicht der Dicke der Schicht 10 erforder-

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lieh sein, wogegen in Verbindung mit den: beschriebenen Verdichtungsschritt Wachstumstemperaturen auf die Anordnung nur für eine sehr viel kürzere Zeitdauer angewendet werden. Demzufolge tritt kein merkliches Siliziumdioxydwachstum auf.

Als nächstes wird, wie in Figur 3 zu sehen ist, eine öffnung 12 in der Siliziumdioxydschicht 10 an derjenigen Stelle gebildet, wo der Steuerbereich gebildet werden soll, wobei das Loch 12 so dimensioniert ist, daß es den gewünschten Abmessungen des Steuerbereiches entspricht. Es kann deshalb eine Breite von ungefähr 4-5 u haben. Seine Länge und Gestalt wird durch andere Schaltungsfaktoren vorgeschrieben. Das Loch 12 kann auf irgendeine geeignete Weise gebildet werden, wie z.B. durch eine übliche Photoabdeckmethode, bei der eine genau geformte Maske eines photocraphischen Negativs dazu benutzt wird, ausgewählte Bereiche des Photoabdeckrnaterials zu ent-, wickeln, wobei das Material dann dort, wo die öffnung 12 gebildet werden soll, entfernt wird, und bei der dann die öffnung 12 durch ein übliches Ätzverfahren gebildet wird, das ein Ätzmittel verwendet, welches Siliziumdioxyd angreift. Ein typisches derartiges Ätzmittel ist eine gepufferte Kombination von Fluorwasserstoffsäure und Ammoniumfluorid.

Als nächstes wird, wie in Figur 4 zu sehen ist, derjenige Abschnitt des bordurchsetzten Bereiches 8, der mit der öffnung 12 in Verbindung steht, entfernt. Dies kann mechanisch erfol-

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gen, wobei die öffnung 12 als Führung dient; chemische Einwirkung wird jedoch.bevorzugt. Ein Ätzmittel für den bordurchsetzten Siliziumbereich 8 kann 10 Teile Essigsäure, einen Teil Fluorwasserstoffsäure und einen Teil Salpetersäure enthalten, aber weder diese spezielle Zusammensetzung, noch die angegebenen speziellen Verhältnisse sind kritisch, und es sind viele Substanzen bekannt, die in der Lage sind, Bor enthaltendes Silizium in vorzüglicher Weise zu ätzen, verglichen mit Siliziumdioxyd oder anderem Material, aus dem die Schicht P 10 gebildet ist. Das Entfernen des mit der öffnung 12 in Verbindung stehenden Siliziums wird im allgemeinen bis zu einem Punkt etwas unterhalb der Linie 14 durchgeführt, die die Übergangszone zwischen dem p-leitenden Bereich 8 und dem η-leitenden Körper A darstellt. Dies bewirkt in der oberen Fläche des Körpers A eine Ausnehmung 16, die mit der öffnung 12 in der Siliziumdioxydschicht 10 übereinstimmt.

Danach wird, wie in Figur 5 zu sehen ist, in der Ausnehmung 16 eine dünne Schicht 18 gebildet, die die Oberfläche des Körpers A, die in der Ausnehmung biosliegt, bedeckt. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Anordnung einer Temperatur von etwa 950⁰C für I5 Minuten ausgesetzt wird. Dieses Zelt-Temperaturschema reicht aus, um das Wachsen einer Siliziumdioxydschicht 18 zu bewirken, die eine Dicke von ungefähr 1200 Angström besitzt. Dies ergibt eine Feldeffekthalbleiteranordnung mit einem Quellen- und Senkenbereich 20 bzw. 22, die durch

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einen mit 24 bezeichneten Steuerbereich getrennt sind, wobei der Steuerbereich durch die Ausnehmung 16 gebildet ist, die mit der Öffnung in der Siliziumdioxydschicht 10 zusammenpaßt und duroh die dünne Oxydschicht 18 abgedeckt ist. Um elektrische Verbindungen zu dem Quellen- und Senkenteil 20 bzw, 22 herzustellen, werden in der Siliziumdioxydschicht 10 Öffnungen 26 und 28 gebildet, die mit dem Quellen- und Senkenbereich 20 bzw. 22 zusammenpassen und in Verbindung stehen. Die Öffnungen 26 und 28 können mit Hilfe üblicher Techniken gebildet werden, und wegen der vergleichsweise großen Breite des Quellen- und Senkenbereichs 20 bzw. 22 treten keine mechanischen Paßprobleme auf.

Die Anordnung, wie sie in Figur 5 zu sehen ist, entspricht weitgehend derjenigen von Figur 7 der oben erwähnten Anmeldung Ser.No. 993825.

Als nächstes wird, wie in Figur 6 zu sehen ist, die freiliegende obere Fläche der Anordnung abgedeckt oder im wesentlichen abgedeckt durch eine dünne leitende Schicht 30, die im wesentlichen gleiche Dicke auch dort besitzt, wo sie in die Öffnungen 12, 26 und 28 eindringt und deren Oberflächen bedeokt. Die Sohioht 30 kann aus irgendeinem geeigneten leitenden Material wie z.B. Aluminium gebildet und durch Niederschlagen von Dampf aufgebracht werden. Eine leitende Sohioht 30 mit einer Dicke von ungefähr 6000 Angström ist für die

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Verwendung in Verbindung mit Anordnungen ausreichend, in denen, wie hier speziell angegeben ist, die Dicke der Schicht 10 ungefähr I5OOO Angström oder 1,5 μ ist. Als Ergebnis dessen und wie aus Figur 6 zu ersehen ist, füllt das Material der leitenden Schicht 30 die Öffnungen 12, 26 und 28 nur teilweise aus und bildet dort "Täler" 30 a, 30 b bzw. 30 c zwischen "Bergen" aus leitendem Material.

Als nächstes wird, wie in Figur 7 zu sehen ist, die Anordnung mit einer Schicht 32 aus Photoabdeckmaterial abgedeckt, das die Eigenschaft eines Positivs hat. D.h* jene Bereiche desselben, die durch Licht belichtet und entwickelt v/erden, werden weich und leicht entfernbar, wogegen diejenigen Bereiche desselben, die nicht durch Licht entwickelt werden, hart bleiben und deshalb nur mit Schwierigkeit entfernt werden können. Die Schicht 32 füllt die Täler 30 a - 30 c aus und bedeckt die oberen Flächen der anderen Teile der leitenden Schicht 30 bis zu einer vorherbestimmten Dicke, die etwa 1 u betragen kann. Die Dicke des Abdeckmaterials in den Tälern 30 a - 30 c, und insbesondere in dem Tal 30 a ist größer als 1 p. Die obere Fläche 32 a der Schicht 32 ist eben.

Für den Augenblick werden die Öffnungen 26 und 28 und das in ihnen befindliche leitende Material sowie das Photoabdeckmaterial außer Acht gelassen und die Aufmerksamkeit lediglich darauf gerichtet, was in der Öffnung 12 und dem unmittelbar

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•angrenzenden Bereich geschieht. Die Anordnung wird dem Licht mit solcher Intensität und Dauer ausgesetzt, daß jene Teile der Schicht 32, die eine geringe Dicke besitzen und auf beiden Seiten der öffnung 12 liegen, vollständig exponiert werden, und die Belichtung wird beendet, bevor das Photoabdecktnaterial in dem Tal JO a in seiner vollen Dicke vollständig exponiert ist. Weil keine Maske verwendet wird, treten keine Probleme des räumlichen <Zusammenpassens zwischen Maske und Anordnung auf.

Als nächstes wird, wie in dem mittleren Teil von Figur 8 zu sehen ist, das vollständig exponierte Photoabdeckmaterial z.B. durch Wegwaschen entfernt. Das Photoabdeckmaterial 32 b in dem Tal 30 a wurde nicht vollständig exponiert und bleibt folglich an seinem Platz.

Als nächstes wird die Anordnung, wie in dem mittleren Teil der Figur 9 zu sehen ist, einem Aluminiumätzmittel ausgesetzt, welches das Photoabdeckmaterial 32 b nicht angreift. Als Folge davon wird das leitende Material 30 auf allen Seiten der öffnung 12 weggefressen und entfernt, aber das leitende Material 30 in der öffnung 12 bleibt an Ort und Stelle, weil es gegen die Einwirkung des Ätzmittels durch das Photoabdeckmaterial 30 b isoliert ist. Danach wird, wie im mittleren Abschnitt der Figur 10 angedeutet ist, das unentwickelte Photoabdeckmaterial 32 b auf irgend eine geeignete Weise ent-

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ferrit, und das leitende Material j50 im Inneren der öffnung ergibt damit eine mit 24 a bezeichnete Elektrode, die mit dem Steuerbereich 24 zusammenpaßt und folglich als Steuerelektrode wirkt. Öle auf diese Welse gebildete Steuerelektrode 24 a paßt genau mit dem Steuerbereich 24 zusammen, was dadurch sichergestellt wird, daß zur Bildung der Steuerelektrode 24 a die absolut gleiche öffnung 12 verwendet wird, die zur Bildung und Festlegung des Steuerbereichs 24 benutzt wurde. Es ist außerdem zu erkennen, daß sie nur mit dem Steuerbereich P 24 zusammenpaßt und nicht die benachbarten Quellen- und Senkenbereiche 20 bzw. 22 überlappt (ausgenommen insoweit als die Wände der öffnung 12 etwas nach außen hin abgeschrägt sein können, wobei diese Abschrägung in den Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung stark übertrieben ist).

Zusätzlich zu der Bildung einer Steuerelektrode 24 a 1st es gewöhnlich erwünscht, insbesondere in integrierten Schaltungen, Elektroden zu bilden, die elektrischen Kontakt mit den Quellen- und Senkenbereichen 20 bzw. 22 herstellen, sowie

äußere elektrische Verbindungen zu allen drei Elektroden herzustellen. Dies kann gleichzeitig mit der Bildung der Steuerelektrode 24 ,&· erfolgen, wie es oben beschrieben wurde, und es dient diesem Zweck, daß die öffnungen 26 und 28 in der Siliziumdioxydschicht 10 gebildet wurden (siehe Figur 5)· Wie in Figur 6 zu sehen ist, ist eine durchgehende leitende Schicht 30 vorgesehen, die in die öffnungen 12, 26 und 28

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geht und die obere Fläche der Siliziumdioxydschioht 10 bedeckt, und wie in Figur 7 zu sehen ist, ist eine durchgehende Photoabdecksohioht 32 auf der Oberseite der durchgehenden leitenden Schicht JO angebracht. Danach werden, wie in Figur 11 zu sehen ist, Lichtabdeckflächen 34, 36, 38 in geeigneter Weise über der Anordnung angebracht, es wird jedoch darauf hingewiesen, daß eine beachtliche Abweichung in dem Zusammenpassen der Flächen 34-38 mit der Halbleitereinheit zugelassen ist. Die Fläche 34 bestimmt die äußere elektrische Verbindung zu der Steuerelektrode 24 a. Sie kann beträchtlich breiter sein als die Steuerelektrode 24 a und überlappt den Bereich, wo die Steuerelektrode gebildet werden soll, nur an einem Ende derselben etwas. Die Flächen 36 und 38 stellen die äußeren elektrischen Verbindungen zu den Quellen- und Senkenbereichen 20 bzw. 22 dar und ragen über diese Bereiche soweit hinaus, daß sie die Fhotoabdeokschicht 32, die mit den öffnungen 26 bzw. 28 zusammenpaßt, bedeokt. Nachdem die Abdeckflächen 34-38 in passender Weise angeordnet worden sind, wird die Anordnung, wie oben beschrieben, dem Licht ausgesetzt. Weil alles außer einem kleinen Teil der Länge des Bereiches, wo die Steuerelektrode 24 a gebildet werden soll, unabgedeokt ist, wird die Steuerelektrode 24 a wie oben beschrieben gebildet. Die Abdeokfläohen 34-38 verhindern wie üblich, daß die unter ihnen liegenden Bereich· des Photoabdeckmaterials 32 durch das Licht exponiert werden. Dementsprechend werden, wie in Figur 8 gezeigt ist, nach Beendigung des Beliohtungsvorgangs

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die nichtabgedeckten Teile der Photoabdeckschicht J>2 weggewaschen (mit Ausnahme des Teiles J52 b in dem Tal 30 a, wie oben beschrieben), die abgedeckten Teile der Photoabdeckschicht, die in Figur 8 mit J52 c und 32 d bezeichnet sind, bleiben jedoch. Wenn die Anordnung der Einwirkung eines Aluminiumätzmittels ausgesetzt wird, ergibt sich der Aufbau"der Figur 9, wobei das leitende Material ^O iⁿ den öffnungen 26 und 28 sowie entlang der durch die Masken 34-38 festgelegten Wege bleibt. Wenn das verbliebene Photoabdeckmaterial entfernt ist, werden die Quellen- und Senkenelektroden in den öffnungen 26 bzw. 28 gebildet. Diese stehen in fester und ununterbrochener leitender Verbindung mit den äußeren, durch die Masken 36 und 38 festgelegten Leitungen, genauso wie die Steuerelektrode 24 a fest und ununterbrochen leitend mit der äußeren, durch die Maske 34 festgelegten Leitung verbunden ist.

Das beschriebene Verfahren bewirkt die Schaffung einer Halbleiteranordnung von wirklich minimaler Größe. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, Anordnungen herzustellen, die Steuerbereiehe mit einer Breite von 4-5 μ und Steuerelektroden haben, die genau und zuverlässig ohne merkliche Überlappung der benachbarten Quellen- und Senkenbereiche zueinanderpassen. Dies stellt eine Verringerung von ungefähr 50 % der bisher für möglich gehaltenen minimalen Steuerbereichbreiten dar. Daher können integrierte Schaltungen hergestellt

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werden, bei denen die Steuerbereiohe von Mitte zu Mitte eine Entfernung von ungefähr 0,0006 Zoll haben, verglichen mit der Mittenentfernung von 0,0012 Zoll in den besten bekannten Anordnungen. Die Anordnungen, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt sindj haben Ansprechzeiten in der Größenordnung von 0,25 Nanosekunden und eine Überlappungs- oder Rück- ' kopplungskapazität von 0,05 - 0,1 Picofarad im Vergleich zu Ansprechzeiten von größer als 2,5 Nanosekunden und Rückkopplungskapazitäten von 2-3 Picofarad in den besten früheren Anordnungen. Diese bedeutende Verringerung der Größe, die verbesserte Ansprechzeit und die Verringerung der Rückkopplungskapazität wird überraschenderweise durch ein Herstellungsverfahren erreicht, das wesentlich zuverlässiger ist als die früheren Verfahren, und zwar in erster Linie weil die Anforderungen an das Zusammenpassen von Maske und Anordnung nach der Lehre der vorliegenden Erfindung viel weniger streng sind als gemäß den früheren Verfahren.

Obgleich die hier angegebene spezielle Beschreibung verbunden war mit der Verwendung von η-leitendem Silizium, in das Bor diffundiert worden ist, um p-leitende Bereiche zu bilden, ist es klar, daß das Halbleitermaterial irgend eine bekannte Beschaffenheit haben kann, wie z.B. Germanium, Selen oder Ähnliches, daß der Körper A anfänglich p-leitend oder auch eigenleitend sein kann, daß die Verunreinigung entweder n- oder p-leitend sein und durch irgend eine bekannte Substanz,

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die eine bestimmte Verunreinigung darstellt, bewirkt werden
kann, daß die Geometrie und die Abmessungen weitgehend gegenüber dem, was hier speziell beschrieben ist, geändert werden können und daß im Rahmen der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung eine Vielzahl von Abwandlungen gegenüber dem
hier Beschriebenen vorgenommen werden können.

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Claims

is

Patentansprüche

1. Halbleiteranordnung, gekennzeichnet durch einen Halbleiterkörper (A) mit einer Arbeitsfläche und zwei Arbeitsbereichen, die sich auf der Fläche ausdehnen, wobei die Bereiche durch einen Einschnitt in der .Fläche des Körpers seitlich getrennt sind, eine erste Oxydschicht (io), die sich im wesentlichen innerhalb des Einschnittes befindet und zwischen die Arbeitsbereiche des Körpers eingefügt ist, eine zweite Oxydschicht (10) über denjenigen Teilen der Arbeitsbereiche, die sich neben dem Einschnitt auf der Arbeitsfläche ausdehnen, wobei die zweite uxydschicht eine öffnung bildet, die mit der ersten Oxydschicht zusammenpaßt und in Verbind ,.ng steht, ein leitendes Material (30) in der öffnung, das im wesentlichen die erste Oxydsehicht bedeckt und sich im wesentlichen bis zu jedoch nicht merklieh über die obere Fläche der zweiten Oxydschicht erstreckt, derart, daß das leitende Material im wesentlichen genau und ohne wesentliche Überlappung der benachbarten Arbeitsbereiche mit der ersten Oxydschicht zusammenpaßt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aweite Oxydschicht eine Dicke besitzt, die mehrmals größer 1st als diejenige der ersten Oxydschicht,

3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Oxydschicht in der 6-röSenordnung von 1200 Angström liegt.

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4. Anordnung nach einem der Anspräche 1 bis 3» daturch gekennzeichnet, daiB die Dicke der zweiten üxydschicht in der G-rö.sen- -rdnung von 1,5 /u liegt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ;.-eIcennsei -hnet, da« der Spalt zwischen den Arbeitsber-o L h.211 ί·-ί· Körpers in der 3-roßenorInun^: von 4 bia 5 /~ lie-vt.

6. Verfahren -<uin Herstellen einer Halb Leiteranordnung insbescndere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ^ekennziLehnet, dna erstens von einem Haibleitsrkörper mit einer .irbii tsfläche ausgegangen wird, auf der si h rr.vei Arbeitsbereiche ausdehnen und durch einen Einschnitt getrennt sind, mit ein^r ersten uxyiachicht, die sich im wesentlichen in dem Einsonnitt befindet und awisjhen die Arbeitsbereiche dea Körpers eingefügt ist, und einer zweiten Oxidschicht über denjenigen Teilen der Arbeitsbereich.;, die sich auf d^r Arbeitsfläche neben dem Einschnitt ausdehnen, derart, daß die jvveite Oxydschicht eine- erste ύi'fnung bildet, die mit der ersten Oxydschioht ausammenpait und in Verbindung stehe, da.i zweitens eine Schicht aus leitendem Material gebildet wird, die sich sowohl innerhalb d-o-r ersten öffnung so erstrecke, daa sie im wesentlichen lie erste/i Gz.y!schicht bedeckt, aia auch sich über die obere fläche der zv/eiten Oxydschioht ausdehnt, die dar ersten öffnung benachbart ist, daß drittens das leitende Material von der oberen Fläche der aw-eiten Oxydschi:.-ht im v/es entlichen vollständig auf mindestens zwei Seiten der ersten Öffnung entfernt wird, während das leitende Material in der öffnung gelassen wird, und daß viertens eine elektrische Verbindung au dem leitenden Material hergestellt wird, das in der •Öffnung zurückgeblieben ist.

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BAD

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Vorfahr-msschritt die Schicht aus leitendem K'iterial die erste öffnung nur teilweise ausfüllt, so daß von der oberen fläche der leitenden Schijht in der ersten Öffnung ein Tal gebildet wird, und daß der dritte Verfahrensschritt ausgeführt wird (a) durch Be-ieoi-:.en der leitenden Schicht mit einer Schicht aus Photonbdeckmaterial, welches das Tal im wesentlichen ausfüllt, so daß die Di;]:e der Photoabdecksohicht in dem Tal einen ersten Wert besitzt, .j--r größer ist als ein swelter '.Vert, der der Dicke der Ph^toahieckschicht neben dem Ta. entspfioht, und (b) durch Exponieren der Photoabdeckschicht mit Licht solcher Intensität und Dauer, daß diejenigen Teile der Photcabdeckschieht vollständig verändert werden, die eine Di^lce mit dem sweiten Wert haben, aber diejenigen Teile der Phctoabdeckschicht nicht vollständig verändert werden, die eine Dicke mit dem ersten Wert haben und (c) durch Entfernen der veränderten Teile die Photoabdeckschicht sowie (d) durch Entfernen der leitenden Schicht in den Bereichen, die durch das Entfernen von Teilen der Photoabdeckschioht freigelegt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verfahrensschritt mit einem Halbleiterkörper beginnt, der zweite und dritte Öffnungen (26, 28) besitzt, die durch die zweite Oxydschicht bis zu den Arbeitsbereichen hindurchgehen, daß der zweite Verfahrensschritt das Bilden der leitenden Schicht innerhalb der zweiten und dritten Öffnungen umfaßt, daß der dritte Verfahrensschritt das Möglichmachen des Zurückbleibens von leitendem Material in den zweiten und dritten Öffnungen

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umfaßt und daß der vierte Verfahrensschritt das Herstellen von elektrischen Verbindungen zu dem in den zweiten und dritten Öffnungen zurückbleibenden Material umfaßt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Öffnungen in der Größenordnung von 1,5 /u liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoabdeckschicht eine Dicke in der Größenordnung von 1 /u hat.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der leitenden Schicht in der Größenordnung von 0,6 /u liegt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht durch Niederschlagen von Dampf gebildet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der ersten Öffnung, die den Abstand zwischen den Arbeitsbereichen des Körpers bestimmt, in der Größenordnung von 4 - 5 /u und die Tiefe der ersten öffnung in der Größenordnung von 1,5 /u liegt.

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