DE1764847A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung und nach diesem Verfahren hergestellte Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung und nach diesem Verfahren hergestellte Halbleitervorrichtung

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    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description

P 17 64 347.4-55 Hamburg, 25.4.1070
N.V.Philips1 Gloeilampe, fnbriekon Akte: PHB-51 790
FUr Offonlcg ing
"Verfahren zur Kernteilung einer Halbleitervorrichtung und nach diesem Verfahren hergestellte Halblei tervorrich tun,;",
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren ;ur H.jistelluag eiaor Halbleitervorrichtung mit einem FoLluffektUMiul.ifc ir mit isolierter Torelektrode, bei den in einou Halbleiterkörp -r Mi >>inor wenigstens ttiilveise durch eine Isolierschicht bedeckten ''bjri lach > in oinem Gebiet v>Ri einen Leitffihigkeitetyp zuerst awei getreui ^t H- hlttLorte OberflSohenzonen voa entgogengenet^ten Leitfähigkeit »tjp, Ua vi den Quell en-und 8enken»lektrodtn gehören, g>)blLiet werden, A>\tti :n Ί·η Quelle*-und Senkenelektrode gehörend ι Metallkontilctsuhi Ht in iti(:obrHoht wwrden, di· in Offnungen in der Isolierschicht Mit den genannten Oberfllokenzonen Kontakt eachen iui'1 wobei ο ine durch die Iv■>'< i u ■ ihi «ht to« ' He>lbleiterk)'rp«r getrennt· Metallsfjhioht, Ho Trir.jlek'r ι j, ι if ninem «wischen den sw«i genannten nnorfla'ohanzonen Liegenden ( bnrf la'oh*ngebiet_
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angebracht wird, und auf eine nach dieses Verfahren hergestellte Halbleiter vorrichtung. Der Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode kann einen Teil einer integrierten Halbleiterschaltung bilden.
Unter einem Feldeffekttransistor nit isolierter Torelektrode ist hier zu verstehen eine Torrichtung, die einen Halbleiterkörper vom einen Leitfähigkeit»typ aufweist, in dem zwei getrennte hochdotierte Oberfläohenzonen rom entgegengesetzten Leitfa'higkeitetyp sich im Körper erstrecken und dazwischen einen stromführenden an die genannte Oberfläche grenzenden Kanal begrenzen, eine zwischen den genannten Cberflächenzjnen liegende durch eine Isolierschicht von der Halbleiteroberfläche getrennte Torelektrode, und Kontakte auf den genannten Oberflächenzonen. Die zwei überfläohenzonen werden Quellen- und Senkenzonen genannt.
Eine allgemein bekannte Form eines solchen Translators lit der hetal-oxide semiconductor transistor, gewöhnlich als MOS bezeichnet. Bei dieser Torrichtung besteht die Halbleitervorrichttuiij gewöhnlich aus 'Silizium, und die Torelektrode ist durch eine isolierende .!Llialumorydeokicht Ton der Siliziumoberfllohe getrennt, deia Betrieb ist die zwischen die Quellen- und Senkenzonen angelegte Spannung derart, dass der pn-Hbergang zwisohen der Quellenzone und dtm angrenzenden Subs tratgebiet les Halbleiterkörpers gewöhnlioh nicht vorgespannt ist, wahrend der pn-Übergftng zwisohen der Senkensone und dem Substratgebiet in der Sperrriohfcung vorgespannt ist. Der Strom zwischen den Quellen-* und Senkenzonen wird durok di· «wisohen dl· Quellenaone und 4i· Torelektrode angelegt· 3pannung gesteuert. Beim betrieb im sogenannten "Aareioherungsgebiet" beginnt, beim Anlegen einer 3p*nmn(j; mit geeigneter Polarität an die Torelektrode, eis Stare· iwisohen der Quellen·» und Senkenelektrode su fliesse·. Sei eimer Auffhrunfafoni de« für Betrieb im "Aar ei oh erungs gebiet"
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geeigneten Transistor· Terursaoht die an die Torelektrode angelegte Spannung eine OberflicheninYereionesohioht ie Halbleiterkörper unter der Isolierschicht im stromführenden Kanalgebiet svisohen den Quellen* und Senkensonen. Auch können MOS-Transistoren hergestellt werden, die im sogenannten "KraohapfungsgebietM arbeiten· Bei diesen Torrleitungen flieset Strom sirisoben der Quellen- und Senkenelektrode wenn keine Spannung an die Torelektrode angelegt vird. Die LadungstrSgerkonzentration im stromführenden Kanalgebiet vird durch Anlegen einer Spannung geeigneter PoIa- J ritlt an die Torelektrode herabgesetst. Sine solche Vorrichtung kann auch im "AnreicherungsgebietN betrieben werden durch Yergroeserung der Ladung·· trfgerkonsentration in stromführenden Kanalgebiet durch Anlegen einer Spannung geeigneter Polarität an die Torelektrode.
Bis jetst braohte die Herstellung eines MOS-Transistors die Bildung der Quellen- und Seekenzonen duxoh Diffusionsverfahren mit sioh« Bei der Herstellung eines p-Kanel-Silieiua-MOS-Transisters Bit eines n- 9yp Silisiuasubstrat werden die p^-Typ-Qaellee- und Senkensonen s.B. durch Diffusion eines Akseptoreleeehtes, s.B. Bor, in beschrankten Oberflächen teilen der Silisiuaoberfliehe die durch Öffnungen in einer Silisi-
aa der Oberflfohe freigelegt werden, gebildet. Die Siliai- «■oxjnisehiolit kann dann entfernt «ad eine ae«e Oxydsohieht auf der Ober* fliehe angeordnet werden. In der neuem SilisiuaexTtsafcieht werde« Offauagen angebracht, ua die Quellen- und Senkensoaen freisulegea. Büte Metallschioht, a. B. aus Aluainiua, wird im diesem Otfammgea «md sjuf de« Best der OberflCche der Silisiuaoxjdsohioht angeordnet. Bann wird die Metalleoki oat selektiT durch »hetelitogvafhieoh· Itsrexfahren eatfemt, wodureh Kontakte ohichten su den Quellen- und Senkensonen und eimer Torelektrode auf der Silisiuaoxy&sohioht gebildet werden.
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Zu· Schalten einer wirksamen Vorrichtung ist es ie allgemeinen erforderlich, dass die Lange der Torelektrode in Richtung Ton Quellen- und Senkencone derart ist, dass die Torelektrode über der ganzen Läng· de· stromführenden Kanalgebietes liegt. Zu dieses Zweck wird die letztgenannte Herstellungestufe, bei der die Metallschicht bus Erhalten der Torelektrode selektiv entfernt wird, immer derart durchgeführt, dass die Torelektrode die Quellen- und Senkenaonen etwas überlappt. Beim Betrieb der Vorrichtung reranlasst diese Überlappung durch die Torelektrode eine ungevunsohte Kapazität zwischen der Torelektrode und. der Senkenelektrode. Diese Kapasitlt ist ein beschrankender Faktor für die Arbeitafrequenz der Vorrichtung, da beim Betrieb diese Kapazität Rückkopplung rerursaoht.
In der Halbleiterteohnik ist bei der Herstellung ron Silicium· Torriohtungen bereit« Ionenimplantation rerwendet. Ionenimplantation beinhaltet das lombardieren τοη Halbleitermaterial mit Dotierungeionen hoher Ehergie eur Bildung τοη Gebieten mit Tersohiedener Leitfähigkeit und/oder LeitfShigkeitstyp. Sie Torliegende Erfindung schafft ein Verfahren sur Her· stellung eines Feldeffekttransistor« mit isolierter Torelektrode, bei dem die Tor-su-Senkekapasitfit niedrig ist, unter Verwendung Ton Ionenimplantation, derart, dass in einer Mindeetansahl τοη Herstellungestufen und mit einem HoOhstaass an Eeprodusierbarkeit ein Feldeffekttransistor mit iso* lierter Torelektrode erhalten wird, bei dem die Line« &·* stromführend·» Kanalgebiete« swisohen den Quellen- und Sonkensonen gen«« bestimmt und τ·*· hfiltnismfssig klein gemaoht werden kann sur Lieferung «in·· Transistor« mit hoher Steilheit.
laoh dmr Erfindung ist «in Verfahren sur Herstellung ein·« Feldeffekttransistors mit isolierter Torelektrod· wie eingang· besohri··«* dadurch gekennzeichnet, da·· Ionen eine· Aen genannten entgegengehetsten
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Leitfähigkeitstyp· bestimmenden Verunreinigungeelementes durch die Ieoliei •ohioht hindurch auf diejenigen Teile der Oberfläche, die nicht durch die Quellen·} Senken- und Torelektrode-Metallsohiohten maskiert sind, und in die darunterliegenden Teile des Halbleiterkörpers implantiert werden, wodurch die genannten OberflScheneonen zu einander hin aus gedehnt werden, sodass getrennte, hochdotierte Quellen- und Senkenzonen rom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet werden, die im zwischenliegenden Oberfliehengebiet ein stromführendes Kanalgebiet begrenzen, wobei die lunge des stromführenden Kanalgebietes, gemessen in Sichtung Ton der Quellenzone zur Senkenzone, im wesentlichen der Lunge der Torelektrode in dieser Richtung entspricht. Bei diesem Verfahren wird ein Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode gebildet, wobei im wesentlichen keine Überlappung der Torelektrode mit der Quellen- und Senkenzone auftritt, sodass insbesondere die Kapazität zwischen der Torelektrode und der Senkenelektrode sehr niedrig ist, wobei diese Kapazität z.B. auf ein Zwanzigstel des Wertes zuruokgebraoht werden kann, der bei einer mit den übliohen Diffusionsrerfahren hergestellten Torrichtung erhalten wird. Auf diese Weise können Torriohtungen erhalten werden, bei denen die Arbeite frequenz hooh sein kann. Ba dieses Verfahren einen Transistor liefert, bei dem die Länge des stromführenden Kanalgebietes im wesentlichen der Länge der Torelektrode entspricht, kann die genannte Länge des Kanales genau gesteuert und rerhältnismassig kleiner gemacht werden als normal gut möglich ist bei einem Verfahren, bei dem nur Biffueionsrerfahren rerwendet werden. Weiter wird durch die Implantation τοη Ionen in die genannten Teile des Halbleiterkörper· oder Körperteiles durch die genannten nicht-maskierten Teile der Isolierschicht hinduroh ein Terhlltnismässig einfaohes Verfahre* geschafft, da 41· isolierenden Sohiohtteile, durch die dl« Implanta-
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tion το» lone« erfolgt, eine» Teil der gleichen Isolierschicht bilden als diejenige auf der die Torelektrode angebracht ist, sodass nach der !■plantation keine weiteren Herstellungsstufen but Entfernung Ton Teilen dieser Isolation erforderlich sind, veil die Quellen- und Senkenelektrod«kontaktechichten bereits angeordnet sind. Dieses Verfahren, bei dem die !■plantation durch die genannten nicht-maekierten Isolierschichtteile erfolgt, hat Tiele Vorteile gegenüber eine« Verfahren, bei dem die Implantation in Anwesenheit der Torelektrode erfolgt aber ohne isolierende Schicht auf dee Oberfl&chenteil wo die Implantation durchgeführt wird. Zur Durchführung letzteren Verfahrens w£re es erforderlich un Tor Iuplantat ion, ausβer der Torelektrode auch Offnungen in der unterliegenden Isolierschicht anzuordnen. Dies wfire in Tielen Fill en unbefriedigend, weil bein Anbringen Ton Offnungen in der Isolersohicht durch Itzen leicht ein Unterätzen dieser Schicht auftreten kann, an Stellen unter der obenliegenden Torelektrode. Venn ein solches Unterätzen auftritt, wurde die darauffolgende Implantation nicht die gewünschte Kanallange liefern, weil der überhangende Teil der Torelektrode die Implantation Ton Ionen in die Oberfläche Terhütet wodurch die erhaltene Struktur eine Kanallänge aufweist, die nicht gans Ton de« unter der genannten Torelektrode zurückbleibenden isolierenden Sohichtteil bedeckt wird. Auch wird, wenn die Implantation unmittelbar in die Oberfläche erfolgt, die erhaltene Struktur Quellen- und Senkensonen «it unpassirLerten Oberfllohenteilen aufweisen. Immer wire eine weitere Herstellungsstufe erforderlioh ua eine passiTierende
Sohicht su erhalten, wihrend dahingegen bei« Verfahren nach der Erfindung
teile die Passivierung wenigstens teilweise durch die isolierende Sohioht duroh dl· dl« !«plantation erfolgt, erhalten wird. Bei einer Vorsugsausführung·· for« des Verfahr·«· naoh der Erfindung werden die suerst angeordneten
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hochdotierten Oberflächenzonen τοπ entgegengesetzten Leitfähigeitetyp durch Diffusion eines Elementes, das für den entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp kennzeichnend ist, in zwei Oberfläohenteilen, die durch Offnungen in der Isolierschicht freigelegt werden, gebildet. Diese Diffusionsstufe bildet also zwei Oberflächenzonen Ton entgegengesetzten Leitfähig« keitetyp ait niedrigen spezifische« Widerstand mit Oberfläohenteilen ron denen durch darauf angeordnete Metallkontaktschichten ohneehe Kontakte gemacht werden, ehe diese Gebiete durch die darauffolgende Ioneniaplantationsbehandlung zur Bildung der Tollendeten Quellen- und Senkenzonen ausgedehnt werden.
Kach der Diffusion der zwei getrennten hochdotierten Oberflächenzonen kann die Isolierschicht entfernt und eine neue Isolierschicht auf der Oberfläche angeordnet werden, ehe die Quellen- und Senkenelektrodekontaktsohichten und die Torelektrode angeordnet werden.
Bei einer anderen Vorzugsausführungsform des Terfahrens nach der Erfindung werden die zuerst angeordneten hochdotierten Oberflächensemen Toa entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp durch Implantation Ton Ionen eines Elementes, das für den entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp kennzeichnend ist, in zwei begrenzten Oberflächenteilen der einen Oberfläche gebildet. Bei diese« Verfahren werden auf dies· Weise die Quellen- und Senkenzonen ganz durch lonenimplamtationsTerfahren gebildet und sind keine Diffusionsstufen erforderlich. Hierdurch kann eine Torrichtung mit genau bestimmten Abmessungen erhalten werden, insbesondere für die Quellen», Senken- und Kanalgebiete. Auch können mit diesem Verfahren Vorrichtungen mit einer sehr kleinen stromführenden Kanallänge hergestellt werden.
Die den Leitfähigkeitetyp der zuerst angeordneten Ober-
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fläohenzonen rom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp bestimmende Verunreinigung und die den Leitfähigkeitetyp der mit Ionen implantierten Teile die unmittelbar an den stromführenden Kanal grenzen, bestimmende Verunreinigung können durch das gleiche Element gebildet werden.
Sie genannte erste Ionenimplantation in beschränkte Oberflächenteile der einen Oberfläche kann duroh Offnungen in einer MetallmaskierungsBChicht, die auf einer auf der Oberfläche anwesenden Isolierschicht liegt, durchgeführt werden·
Sie erste Ionenimplantation in beschränkte Teile der Oberfläche kann stattfinden mittels Ionen mit einer höheren Qaergie als diejenigen, die rerwendet werden bei der darauffolgenden Ionenimplantation, die bezweokt die gebildeten Oberflächenzonen zueinander hin auszudehnen.
Während der Implantation Ton Ionen duroh die Isolierschiohtteile auf die nicht durch die zu der Quellen-, Senken- und Torelektrode gehörenden Metallachichten maskierte Oberfläche, können diese Metallsohiohtteile zusammen eine einzige Metallschicht bilden, die nach der genannten Ionenimplantation selektir entfernt wird, zur Bildung der Quellen- und Senkenelektrodekontaktsohiohten und der Torelektrode. Sie genannte einzige Metallschicht kann während der Implantation mit der Masse da« Ionanbeaohlaunigera verbunden werden, zur Terbftung einea Aufladens isolierter Teile dea Halbleiterkörper und mögliohen Duronsohlaga.
Der Halbleiterkörper oder Körperteil kann aus Silizium beatehen und der Isoliersohiokt zwiachen Aar Torelektrode und dar Oberfläche daa Halbleiterkörper kann Siliziumozyd enthalten« Una aoloae Isoliersohioht kann ausserdem eine stabilisierende Sohloht auf 4er Silisiuvozyd* βchioht enthalten, die unter dar Torelektrode liegt, z.B. eine Pkoapherglaastabilisierungssohioh-l. Sie Isoliersohioht kann aus anderen Materi·-
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lien bestehen, s.u. aus Siliciumnitrid, oder einer zweiteilige Schioht aus Siliziusoxyd und Siliciumnitrid, bei der der Oxydschichtteil auf der Halbleiteroberfliehe liegt und die Nitridechicht teilweise auf de« Oxyd-' sohiohtteil unter der Torelektrode liegt. Die Quellen- Senken- und Torelektrode-Metallschichten können aus AluainiuB bestehen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung atfher erläutert. Bi seigen
die Figuren 1 und 2 scheaatisch eine Draufsicht bsw. einen Querschnitt e*.»er Halbleitervorrichtung, die duroh invendung einer ersten Ausfuhrungefore des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt ist,
Die Figuren 3 und 4, 5 und 6 und 7 und 3 sohematisoh Draufsichten baw. Querschnitte der Halbleiterrorriohtung nach den Figuren 1 u»d Z9 während aufeinanderfolgender Stufen der Herstellung·
Die Figuren 9 bis 15 scheeatisoh Querschnitte einer Halbleitervorrichtung während aufeinanderfolgender Stufen der Herstellung duroh Anwendung einer sweiten iusfunrungsfoni des Yerfahrene naoh der Erfindung. Der in den Figuren 1 und 2 geseigte Feldeffekttransistor alt isolierter Torelektrode enthalt ein n-Typ-Silisiuwnibstrat 1 -von 300 μ ζ 300 μ Dicke, und ait eine« spesifischen Widerstand von 1-5 oha.csa. Auf einer flachen Oberfläche 2 des Körpers 1 befindet sich eine Isolierschicht 12 aus SilisiUBozTd, Dicke 2000 £. Ib Substrat 1 befindet sich eine diffundierte (Juellensone, die aus eines Teil 6 rom p+-Tjp «it reohteokigsr OWrfXlose uBd p+-Typ OberflÄehenteile 26 die fturoh !»plantation von Boris«·« gebildet sind, besteht· Auf einander gegenfiberliegenden Seiten der QKellensene 6,26 »*fladen sioh swei Senkensonen, die je aus einen diffun-4ierte« y«-Tjrp Teil 7 nit reohte<*iger Oeerfllohe und einen an denselben frensenden p+-Typ Teil 25, der duroh Inplantation von Borionen gebildet
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ist lind ebenfalls eine rechteckige Oberfläche aufweist, bestehen. Der p+-n-tTbergang $ zwischen der Quellenzone 6,26 und dem n-Typ-Substrat 1 iind die p+-n-Ubergange zwischen den Senkenzonen und dem n-Typ-Substrat enden alle an der Oberfläche 2 unter der Siliziunoxydsohicht 12. Ib n-Ttyp-Substrat 1 zwischen der Quellenzone 6,26 und der Senkenzone 7,25 befinden eich zwei stromführende Kanal gebiete 25.
In einer Öffnung 13 in der Isolierschicht 12, wo der diffundierte ρ+-Ί^ρ Teil 6 der Quellenzone 6,26 sich bus zur Oberfläche 2 erstreckt, befindet sich eine Quellenelektrodekontaktschicht 16, die mit der Quellenzone 6,26 einen ohasohen Kontakt bildet. Die aus Aluminium bestehende Metallschicht 16 erstreckt eioh weiter über der Isolierschicht 12 aus und endet an einen Side in eine« Grossflächenrerbindungsblock 22. In zwei weiteren Öffnungen 14 in der Isolierschicht 12 wo die diffundierten p+-Typ Teile 7 der Senkenzone 7,25 sioh bis zur Oberfläche 2 erstrecken, befinden siok SenkemelektrodekontaktsoMohten 16, die alt den Senken-Zonen 7,25 ohasche Eontakte bildem. Die aus Alaeiniua bestehenden Metallschichten 19 erstrecken si oh weiter Ober de» Isolierschicht 12 und enden in zwei GrossfliohettYerbindungsblSoken 20. Zwei rechteckige lbrelektroden 17 in Fora von Metalls chichten liegen auf der Isolierschicht 12 unaittelbajT über den stroafährenden Kanalgebieten 24. Die aus iluminlua bestehenden Metallschicht« 17 erstrecken sioh weiter über der Isolierschicht 12 und eaäen in ein·· einsigen OhresefläohenTerbiÄdungsblook 21.
Ia HgKr 1 eiad die Schal ttliai« der Übergänge 9 und 10 ■it der Oberfläofce 2 u»ter dear Isoliersohieht 12 Bit einer Ereus-3trlohliai· bezeichnet. Di· Offmingen 13 und 14 in der Ieoliereohioht 12 sind ■it gestrichelten Linie» bezeichnet. Die Lange 4er etroafiuupeadem Kanalgebiete 24, in Richtung der Quell en zone 6,26 war Senkeneone 7,25 eiiteprloM
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im wesentlichen der Abmessung der Torelektrode 17 in dieser Richtung, In jedem Fall ist diese Abmessung etwa 8 μ. Die p+-Typ diffundierten Teile 6 und 7 der Quellen- und Senkenzonen haben einen niedrigen Widerstand von weniger als 50 Ohm pro Oberflächeneinhe^t und der mit p+-Typ-Ionen implantierte Teil 26, 25 der Quellen- und Senkenzonen haben einen niedrigen Widerstand von etwa 3 kOhm.pro Oberflächeneinheit. Die Teile der p+-n-Obergänge 9 und* 10 zwischen den p+-Typ diffundierten Teilen 6,7 und den n-Typ-Substrat 1, das sich im wesentlichen parallel zur Oberfläche 2 erstreckt, liegen in einer Tiefe von etwa 2 μ τοη der Oberfläche 2. Die Teile der p+-n-Ubergange 9 und 10 zwischen den mit p+-Typ Ionen implantierten Teilen 26, 25 und dem n-Typ-Substrat 1, das sich im wesentlichen parallel zur Oberfläche 2 erstreckt, liegen in einer Tiefe von etwa 0,2 μ von der Oberfläche 2. Die p+-Typ-Quellenzone 6,26 hat eine Qesamtbreite von etwa 48 μ. Der p+-Typ diffundierte Teil 6 der Quellenzone hat eine Breite von etwa 22 μ. Die p+-Typ Senkenzonen 7»25 haben je eine Qesamtbreite von etwa 32 μ. Die p+-Typ diffundierten Teile 7 der Senkenzonen haben je eine Breite von etwa 20 μ. Die Aluminiumschichten
16 und 19 haben je eine Dicke von etwa 1,0 μ.
Die gemessene Kapazität zwischen jeder Torelektrodeschicht -
17 und den Senkenzonen ist 15 opF, was bedeutend weniger ist als der Wert, der erhalten werden würde bei einem Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode gleioher Abmessungen, jedoch nur durch Diffusionsverfahren hergestellt. Die gemessene Steilheit des Transistors nach den Figuren 1 und 2 ist vergleichbar mit der der erhalten werden wurde mit einem solohen Transistor der nur nach Diffusionsverfahren hergestellt ist.
Die Herstellung des Feldeffekttransistors mit Isolierter Torelektrode nach den Figuren 1 und 2 wird jetzt an Hand der Figuren 3-Ö
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beschrieben. Ausgangsmaterial ist eine η-Typ Siliziumsoheibe von etwa 25 am Durchmesser. Bs ist einleuchtend, dass gleichzeitig mehrere Transistoren auf der Scheibe hergestellt werden, die in einer späteren Stufe getrennt werden. Die Herstellung eines solchen Transistors auf der Scheibe wird jetzt jedoch besprochen, wobei zu bemerken ist, dass die verschiedenen erforderlichen Stufen je gleichzeitig an einer Anzahl Ton Stellen auf der Scheibe durchgeführt werden*
Die Scheibe ist in der 111-Richtung orientiert. Die Oberflache 2 ist Torbearbeitet und durch die normalen Atz- und FoIierverfahres optisch flach gemacht. Auf der Oberfläche 2 lässt man durch Oxydation der Siliziumoberfläche 2 während 60 Minuten bei 1000° C in nassen Sauerstoff eine SiliziuBoxydsohicht 3 Ton etwa 2000 2 Dicke wachsen. Duroh photolithographische Verfahren werden eine zentrale reohteokige öffnung 4 von 20 μ χ 190 μ und auf beiden Seiten derselben swei rechteckigen Offnungen 5 Ton 18 μ χ 190 μ in der Siliziumoxydechicht 3 angebracht um die unterliegende Siliziunoberfläohe freizulegen. Dann wird eine Diffusionsstufe ■it Bor durchgeführt ua Bor in die freigelegten Oberfläohenteile zu diffundieren zur Bildung eines zentralen p+-Typ Diffusionsgebietes 6 und auf beiden Seiten desselben zwei p+-Typ Diffusionsgebiete 7» wobei die p+-n-Ubergange 9 und 10 «wischen den p+-Typ Gebieten 6,7 und de« n-Typ-Suastrat 1 an der Oberfläche 2 unter der Siliziuaoxysohioht 3 enden« Si· Bordiffusion wird alt Bornitrid al· Borquell· durofcfeführt. Der Silisiuakorper wird auf 900° C und da· Bornitrid auf 980° C erhitzt. Der Oaestroa wird während der Ablagerung aufrechterhalten, bis der Schichtwiderstand der Gebiete, auf denen die Borablagerung stattfindet, weniger ala 50 oha pro Oberfläohenelnheit ist. Dann wird eia· 1MTiTe-In" - Stuf· durchgeführt ■it dra SiliziumfcSrper auf 1000° C während JO Min. in Argon. Pifur 3
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seigt die Schnittlinie der übergänge 9 und 10 mit der Oberfläche 2 in gestrichelten Linien. Während des UordiffusionsTerfahrens auf den freigelegten Teilen der Oberfläche 2, werden Borailikatglasteile 8 gebildet. t Auch die Dicke der Schicht 3 wird duroh eine solche Glasschicht etwas rer· grossert. ,
Die zusammengesetzte Isolierschicht 3»8 wird dann entfernt, worauf man eine neue isolierende Siliziumoxidschicht auf der Oberfläche 2 anwachsen lässt durch Oxydation der Siliziumoberfläche 2 während 30 Min, bei 1000° C in nassem Sauerstoff. Diese Siliziumoxydschicht wird dann geätzt bis eine Schicht 12 mit einer Dicke Ton 2000 £ erhalten ist. Durch photolythographisohe Ätzrerfahren werden drei öffnungen in der Siliziumoxydschicht 12 angeordnet. Die Öffnung 13 legt das p+-Typ Diffusionsgebie) 6 an der Oberfläohe 2 blose und die zwei Offnungen 14 legen die p+-Typ Diffusionsgebiete 7 frei. Die Offnungen 13 und 14 haben je eine Oberfläche Ton 8 μ χ 180 μ,
Darauf wird über der ganzen Oberfläche der Siliziumoxydschicht 12 eine Aluminiumschicht 15» Dicke 1,0 Mikron, angeordnet, die die Offnungen 13 und 14 füllt und onusehe Kontakte mit den Gebieten 6 und 7 (Figur 6) bildet. Figur 5 seigt die Lage der Offnungen 13 und 14 in gestrichelten Linien.
Die Aluminiumschioht 15 wird dann duroh photolythographisohe ItteTerfahren selektiv entfernt, wobei eine Quellenelektrodekontakteohioht 16, die einen ohmsohen Kontakt mit den p+-Typ Diffusionsgebiet 6 bildet, swei Torelektroden 17 und Senkenelektrodekontaktschichtteile 18, die oh»·one Kontakte alt den p+-Typ Diffuiionsgebieten 7 bilden, »urüokblei-bea. Dies wird dadurch durchgeführt, dass Tier im wesentlichen rechteckige Teile der Aluminiumaohioht 15 entfernt werden. In diesem Stadium
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l iVHut/ pttü> 31.79o.
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de« Verfahren* »ind die erhaltenen Metalsohichtteile 16, 17 un 18 nooh miteinander verbunden. Innerhalb dieser Tier reohteokigen Teile werden Teile der Silieiurnoxydschicht 12, die auf der Oberfläche 2 »wischen den p+-Gebieten 6 und 7» über des Auasenuiifang de· Gebietes 6 und dem Innenumfang der Gebiete 7 liegt, frei gelegt, wobei die Torelektrode 17 innerhalb des Gebiete· der Oberflfiohe »wischen den Gebieten 6 und 7 liegt. Figur 7 zeigt die Metallaohiohtteile 17 und 18.
Der Siliziumkörper wird dann in ein Ionenimplantationsgera't gestellt. Die Implantation ron üorionen erfolgt duroh die Siliziumoxyd-■ohioht 12 hinduroh ia die Teile de» Körpers unter den Teilen der SiIisiuiioxydaohioht 12, die nicht duroh die als Maskierung dienenden Aluminiximsohichtteile 16, 17 und 18 bedeckt sind. Während der Implantation ist die Aluminiumaohioht 16, 17, 18 mit der Nasse des Ionenbesohleunigers verbunden. Die üorionenquelle besteht aus üortrichlorid. Die Implantationenergie ist 80 kEV, die Dosis ist 6.1O15 kl/cn2 und. die Oberfläche 2 steht quer sur Richtung des Ionenstrahls. Die Implantation Ton tforionen erfolgt durch die freigelegten Teile der Siliziumoxydschicht 12 hinduroh. Nach Entfernung aus dem Qerit wird der Siliziumkorper einer Srhitsungsbehandlung bei 50u° ϋ während 30 Hin. in einer Argonatmosphare ausgesetzt
Die Implantation und die Erhitzungsbehandlung liefert die p+-Typ Teile 25 und 26· Die Teile 26 dehnen also den zuvor gebildeten P+-TyP Diffusionsteil 6 su den zuror gebildeten Gebieten 7 bus und bilden •ine rollendete p+-Typ Quellenzone 6,26· Die Teile 25 dehnen die zuvor gebildeten p+-Typ Diffusionsgebietteile 7 zu dem zuvor gebildeten Gebiet 6 »Ais und bilden zwei vollendete p+-Typ Senkenzonen 7 »25. Infolge der Anwesenheit der Torelektrode 17 während der Implantation bleiben die stromführenden Kanalgebiete 24 jtdooh im wesentlichen frei von üorionea
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und die Länge dieser Gebiete in Richtung zwischen der Quellenzone 6,26 und der Senkenzone 7,25 entspricht im wesentlichen den entsprechenden Abmessungen der Torelektrode 17.
Die Aluminiumschichtteile 1ö werden dann selektiv durch ein photolithographisches Verfahren entfernt und lassen ein Aluminiumkontakt-Duster wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt zurück) wobei die Kontaktschicht 16 der Quellenelektrode in einen Groseflächenverbindungsblock 22 endet, die Torelektrodeschichten 17 in einem Grossflächenrerbindungsblock 21, und die Senkenelektrodenkontaktschichten 19 je in Qrossfläohenverbin- ™ dungsblöcke 20 enden.
Sie gesonderten Feldeffekttransistoren der isolierten Torelektroden werden dann durch die üblichen Teilungsverfahren aus der Sohei be erhalten. Bann wird jeder gesonderte Transistor auf geeignete Weise in einer Umhüllung angeordnet.
Es ist einleuchtend, dass bei dem nach diese« Verfahren hergestellten MOS-Transistor die Abeessungen und die Geoaetrie nicht gewählt sind üb eine Vorrichtung Bit sehr günstigen Charakteristiken su erhalten, sondern um die Möglichkeit zu prüfen, einen MOS-Transistor nach des Ver- M fahren der Erfindung Bit einer niedrigen Tor-Senkenkapazität herzustellen Duroh geeignete Reduktion versoniedener Abmessungen kann ein· Vorrichtung Bit besseren Eigenschaften nach dieses Verfahren hergestellt werden· Z.B. vird eine Verrichtung Bit einer näheren Verstärkung dadurch, erhalten, dass der Abstand von den Senken- und Quellenzonen und die Lange der Tor* elektrode verkleinert wird. Durch Verkleinerung der Breit· der alt Ionen implantierten Zonen kann ein· Vorrichtung Bit einer niedrigeren Quellen», und Senkenreihenwlderstand erhalten werden· <
Sine zweite Ausführungsform der Verfahrens wird jetzt an
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Hand der Figuren 9-15 der Zeichnung beschrieben. Bei diesem Verfahren werden, die p+-Typ Quellen- und Senkenzonen eines Siliziun-MOS-Transietors ■it einen η-Typ Substrat ganz durch Ionenimplantation gebildet, vobei keine Diffusicnsstufen erforderlich sind. Ausgangsmaterial ist wieder eine η-Typ Siliziumscheibe 31, ait einem Durchmesser Ton etwa 25 pa. Der spezifische Kiderstand der Siliziunscheibe ist etwa 1-5Aoa. Das Verfahren wird wieder derart durchgeführt, dass gleichzeitig mehrere Transistoren auf der Soheibe hergestellt werden, die später bei der Herstellung durch Teilen der Scheibe getrennt werden» Die Herstellung eines solchen Transistors wird jetzt jedoch beschrieben, wobei bemerkt wird, dass die verschiedenen erforderlichen Stufen je gleichzeitig an einer Anzahl ton Stellen der Scheibe durchgeführt werden.
Die Scheibe ist in der 111-Bichtung orientiert. Die Oberflache 32 ist auf geeignete Weise rorbearbeitet, und ist durch die ubliohen JCtz- und Polierrerfahren optisch flach gemacht. Auf der Oberfläche 32 lässt man durch Oxydation der SiIieiumoberfläche 32 während 30 Min. bei 1000° C in nasse« Sauerstoff «ine Siliziumoxydschicht anwachsen. Dies« Schicht wird dann geätzt und liefert «ine Siliciumoxidechicht 33 Bit ein« Stärke rom 2000 i. Durch photolithographische Ätzverfahren werden zwei Offnungen 34 und 35 (Fig. 9) in der Siliciumoxideohioht 33 gebildet, di· di· unterliegend· Siliziumober fläch· freilegen. Die Offnungen 34 und 35
i haben je eine Breite von etwa 4 μ und ihr· einand«· gegenüberliegenden ' Bänder liegen etwa 12 μ auseinander· Sin· Aluminiumsohioht 36, (FLg. 10), Dick« 3 μ» wird dann auf der ganzen Oberfläche der Siliziumoxydsohicht 33 angebracht und füllt di· Öffnung·» 34 und 35· Zvei Öffnungen 37 und 36, (Fig. 11) werden in der Aluminiums ohi cht 36 duroh photolithographisoh· ätzverfahren gebildet. Di··· Offnungen sind j· 8 μ breit und duroh di·«·
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selektive Entfernung der Aluminiumschioht 36, wird das Aluminium, das in den »!vorgebildeten Öffnungen 34 und 35 in der Isolierschicht 35 liegt, entfernt. In den Offnungen 37 und 38 ist also ein Aussenteil der Siliziumoberflfiche mit der Isolierschicht 35 bedeckt, und ein Mittelteil besteht aus der freigelegten Siliziumoberfläche. Die Teile 39 und 40 der Alumini-UBBchioht, die in diesem Stadium noch miteinander verbunden sind, bleiben zurück. Die Breite der Aluminiumschioht 39 zwischen den Offnungen 37 und
38 ist etwa 8 μ.
Der Siliziumkörper wird dann in ein Ionenimplantationsgerät " gestellt. Di« Implantation von Borionen erfolgt in diejenigen Teil· des Körpers, di· nicht durch die als Maske dienenden Aluminiumsohichten 39 und 40 bedeckt sind. Während der Implantation sind di· Aluminiumschicht·η
39 und 40 mit der Mass« des Ionenbesohleunigers verbunden. Die Borionen- '. quell· besteht aus Bortriohlorid. Di· Implantationsenergi« ist 150 k*Y, di· Dosis ist τοη der Oross· von 10 At/o» und die Oberfläche 32 erstreckt sich quer «ur Richtung d·· Ionenstrahl·. Implantation von Boriomen «rfοIgt in das η-Typ Substrat 31 in di· T*il·, die nicht durch di· maskierenden Sohiohten 39 und 40 bedeckt sind. Borionen werden auf di··· ' Λ Weis· in dl« freigelegten Siliziu*oberfla"ch«n und auch durch di· nicht aaski«rt*n T#il· der Siliziumoxydsohiohten 33 in das unterliegend· SiIislum implantiert.
Di· ImplantatioMlwhssdlung resultiert in di· Bildung το» ?**&·*·» 42 ^n* 43 (Wg. 11) »it dee p+-tt-Uberg*ng«n 44 und 45 «wieek·» 4* O*biet 4$ «nd Λ·« Substrat 31 und Arise»·» d·* Gebiet 43 und da» ■int 31, di· aa der Ob»rfl«oh· 32 u*t«r der Siliiiumoxjr&aohiolit 33 M» Teil· der p+-tt-Üb*rg*eg· 44 und 45 unter d« fr«ig«l«gtta iilisiem»- •tovfXfflfe· liefen i» einer Tief· τοη »twa 0,75 μ unter d*r Oberfllo·· 3t
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und di· Teilt der p+-n-tTbergange 44 und 45 unter der Siliziuaoxydschicht \ liegen in einer Tiefe von etwa 0,55 μ unter der Oberfläche 32*
Die Aluminiumschiohten 39 und 40 werden dann entfernt und eine neue Aluminiumachicht 47 von 1,0 μ Dicke wird über der ganzen Oberfläche der Siliaiuaoxydsohioht 33 angebracht. Die Schicht 47 füllt die suvor gebildeten Offnungen 34 und 35 in der .Siliaiumoxydschioht 33 und bildet einen ohmachen Kontakt «it den alt p+-Ienen implantierten Gebieten 42 und 43.
Fig. 12 seigt die Aluminiums chi oht 47 auf der Siliziuaoxyd-•chioat 33* die alt den Gebieten 42 und 43 einen ohmseben Kontakt bildet.
Zwei Offnungen 48 und 49 werden in der Aluminiumschicht durofc photelithographisohe Itrrerfahren gebildet und legen die unterliegende Siliciumoxidechioht 33 frei· Sie Offnungen 48 und 49 haben je eine Breit· Ton 3 μ. Die* lfett Aluminiumeohiohtteile 50 und 51 surüok, die in diese« Stamina noch miteinander verbunden sind, fig* 13 ieigt die Aluminium-•chiohttelle 50 und 51 «it den Offnungen 48 ua& 49« Die Breit· de« AluminiumsohioaUeilee 50 let etwa 4 μ und die· bildet ein· Torelektrode.
Der Sllisiuako*rper wird dan» in ein Ienenimplantationsgerit gestellt fur eine weiter· Borienenimplantationestufe aber bei einer niedrj fxtn Saergie al« di· mvor durohgeftDurte Borimplantationsstufe. Di· Implantatio» von Borionen erfolgt durch di· SillsiuaoxydechioAt 33» la diejenigen Veil· de· KÄrper· «nter der Silisiuaoiqr&aehioht 33, di· nioat dMMh Al· Alumi*iiM»ahioatee 50 vaA 51 maakiert «lad. Walureai der Iaplaatation siad di· Aluminiwwchiohtteile 50 umd 51 «it der Hm·· der Iome*- ■ ■«•olUettAiger· Terbumdea. Die Xmplaat«tiomee«ergie ist 60 ke?, di· DosU ' iet 6 s W15 At/·«2 »a4 4ie OberflÄeke iÄ ewtreckt sieh qu«r «ir Bio»*· taug ie· Ie«eMtraale«< Iatl^tatioe von Borionen erfolgt *»roh die frei-
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gelegten Teile der Siliziumoxydschicht 33· liach Entfernung aus dem Gerät wird der Siliziumkorper einer Erhitzungsbehandlung bei 500° C während Kin. Ln einer Argonataosphäre ausgesetzt.
Sie Implantation und Erhitzungsbehandlung resultiert in die Bildung Ton p+-Typ Gebieten 52, 53 (Fig. 14). Die Gebiete 52 und 53 dehnen also die zuTorgebildeten p+-Typ Zonen 42 bzw. 43 zueinander aus und bilden Tol.lendete p+-Typ Quellen- und Senkenzonen 42, 52 bzw. 43, 53). Infolge der .Anwesenheit der Torelektrode 50 während der Implantation bleibt je» doch ein stromführendes Kanalgebiet 54 zwischen den Quellengebiet (42, 52) ™ und dem Senkengebiet (43, 53) im wesentlichen frei Ton Borionen und die Länge des Gebietes 54 in Richtung zwischen der Quellenzone (42, 52) und der Senkenzone (43, 53) entspricht im wesentlichen der entsprechenden Abmessung der Torelektrode 50, nämlich 4 μ.
Die Aluminiumschicht 51 wird dann durch ein photolithographisches Verfahren selektiv entfernt, wobei getrennte Quellen-* und Senkenkontakts chichten % bzw. 57 entstehen wie in Fig. 15 gezeigt ist.
Die gesonderten Feldeffekttransistoren ait isolierten Torelektroden werden dann durch Teilen der Scheibe erhalten und werden in Λ einer Umhüllung angeordnet*
Ee ist einleuchtend, dass im Rahmen der Erfindung Tiele Abänderungen der in den swei Ausfuhrungeformen beschriebenen Verfahren möglich sind* Zum üeiepiel können, wenn die Metallschichten aus Nickel bestehen, höhere Erhitzunge temperatüren Terwendet werden. Eine Stabilisitrungsschicht, z.ü, eine Phoephorglasetabilisierungaschicht, kann auf der Oberfläche der Siliziumoxydschioht angeordnet werden um Ionentrift in der· Siliziumoxydschicht zu reduzieren. Diese Stufe kann mit einer sogenannten "wet-baking"-iäehandlung der zusammengesetzten Isolierschicht kombiniert
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werden um Oberflachenzustände an der Zwischenfläche Silizium/Siliziumoxyd herabzusetzen. Auch kann bei der Ionenimplantation "channeling" verwendet werden wodurch die implantierten Ionen tiefer eindringen. Die grössten Vorteile eines solchen Verfahrens können dadurch erhalten werden, dass Material, das in der 110-Richtung orientiert ist, verwendet wird.
Das Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorteilhaft bei der Herstellung eines Feldeffekttransistors mit isolierter Torelektrode verwendet werden, der einen Teil einer integrierten Halbleiterschaltung bildet, bei der der Transistor in einem Teil des Halbleiterkörper vom einen Leitfähigkeitstyp gebildet wird. Das Verfahren der Ionenimplantation kann verwendet werden um auch, erwunschtenfalls gleichzeitig, ander· Schaltungselemente in weiteren Teilen des Halbleiterkörpew zu bilden, z.ü. bipolare Transistoren, Dioden, Widerstände und andere Feldeffekttransistoren mit isolierten Torelektroden mit anderen Eigenschaften*
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Claims (12)

PATE ti T A Β S P R σ Ü H E .
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterrorrichtung mit einem Feldeffekttransistor mit isolierter Torelektrode, bei dem in einem Halbleiterkörper an einer wenigstens teilweise durch eine Isolierschicht bedeckten Oberfläche in einem Qebiet vom einen Leitfähigkeitstyp zuerst : "zwei getrennte hochdotierte Oberfläohenzonen von entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, die zu den Quellen- und Senkenelektroden gehören, gebildet werden, wobei Metallkontaktschichten, die zu den Quellen- und Senkenelektroden gehören, angeordnet werden, die in öffnungen in der Isolierschicht Kontakt mit den genannten Oberflächenzonen machen und wobei eine durch die Isolierschicht vom Halbleiterkörper getrennte Metallschicht, die Torelektrode, auf einem zwischen den zwei genannten Oberflächenzonen liegenden Oberflächongebiet angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass Ionen eine3 den genannten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Ver-r unreinigungselementes durch die Isolierschicht hindurch auf diejenigen Teile der Oberfläche, die nicht durch die Quellen-, Senken- und Torelektrode-fcotallschichten maskiert sind, und in die darunterliegenden Teile des Halbleiterkörpers implantiert werden, wodurch die genannten Oberflächenzonen zueinander hin ausgedehnt werden sodass getrennte hochdotiert· : Quellen- und Senkenzonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeit3typ gebildet; werden, die in dem zwi8chenllegenden Oberflächengebiet ein stromführende· Kanalgebiet begrenzen, wobei die Länge dee stromführenden Kanalgebietes, gemessen in der Richtung von der Quellenzone zur Senkenzone, im wesentlichen der Länge der Torelektrode in dieser Richtung entspricht· 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass di· eueret angebrachten hochdotierten Oberfläohenzonen vom entgegengesetzten '
Leitfähigkeit«typ durch Diffusion eines Elementes das kennzeichnend ist Neue Unterlagen (Art 7 β I Abo.
2 Ni. l Satz 3 dw And*rur«M» * & I· 18/0
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fur den entgegengesetzten Leitfähigkeit3typ, in zwei Oberflächenteilen, die durch öffnungen in einer Isolierschicht freigelegt sind, gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach den Bilden der zwei diffundierten Oberflächenzonen die Isolierschicht entfernt und eine neue Isolierschicht auf der einen Oberfläche angeordnet wird, ehe die Quellen- und Senkenelektrodenkontaktschichten und die Torelektrode angebracht werden·
4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zuerst angeordneten hochdotierten Oberflächenzonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp durch Implantation von Ionen eines Elementes, das für den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp kennzeichnend ist, in beschränkten Teilen der einen Oberfläche gebildet werden.
5· Verfahren nach einen oder mehreren der vorangehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet, dass die den Leitfähigkeitstyp der zuerst angeordneten Oberfläohenzonen bestimmende Verunreinigung und die den Leitfähigkeitstyp der mit Ionen implantierten Teile, die unmittelbar an den stromführenden Kanal grenzen, bestimmende Verunreinigung durch den gleichen Element gebildet werden.
6« Verfahren naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erst· Ionenimplantation in beschränkte Oberflächenteile der •inen Oberfläche durch Öffnungen in einer Metallmaskierungsschicht, die auf einer Isolierschicht auf der einen Oberfläche liegt, erfolgt.
7, Verfahren naoh Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die «rst· Oberfläohenimplantation in beschränkte Oberfläohenteil· der einen Oberfläche mit Ionen höherer Energie als diejenigen, die bei der darauffolgenden Ionenimplantation verwendet werden, die beiweokt,
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die gebildeten Oberflächenzonen zueinander auszudehnen, stattfindet·
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, dass während der Ionenimplantation durch die nicht maskierten Teile der Isolierschicht die maskierenden Metallschichtteile zusammen eine einzige Metallschicht bilden, die nach der genannten Implantation selektiv entfernt wird zur Bildung der Quellen- und Senkenelektrode kontaktschichten und der Torelektrode.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens während der Ionenimplantation die erwähnte einzige Metallschicht mit der Hasse des Ionenbeschleunigers verbunden ist« 1ü.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper aus Silieiua besteht und dass die Isolierschicht zwischen der Torelektrode und der Oberfläche des Halbleiterkörper Siliziumoxyd enthält.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, dass die Quellen- und Senkenelektrodekontaktschichten und die Torelektrode aus Aluminium bestehen*
12. Durch Anwendung des Verfahrens nach einen oder neareren der vorangehenden Ansprüohe hergestellt· Halbleitervorrichtung·
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