DE1803028A1

DE1803028A1 - Feldeffekttransistor und Verfahren zum Herstellen des Transistors

Info

Publication number: DE1803028A1
Application number: DE19681803028
Authority: DE
Inventors: Engeler William Ernest; Marvin Garfinkel; Brown Dale Marius; Gray Peter Vance
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-10-13
Filing date: 1968-10-14
Publication date: 1971-02-11
Also published as: FR1587468A; BR6802966D0; CH489913A; NL157749C; NL6814191A; SE339725B; US3566517A; DE1803028B2; JPS4931833B1; GB1245116A

Description

Pafcmianwcdl

g. Wilhelm Beichel

Frankfurt/Main-1 5695

Parkstraße 13

General Electric Company, Schenectady, N.Y. U.S.A.

Feldeffekttransistor und Verfahren zum Herstellen des Transistors

Die Erfindung bezieht sich auf Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (Steuerelektrode) und auf ein Verfahren zum Hearst eilen dieser Transistoren.

Bei einem derartigen Feldeffekttransistor wird das Leitvermögen zwischen einer Source- und Drain-Zone (Quellen- und SenkenzoKe) durch Anlegen eines Potentials an ein Gate (Steuerelektrode) verändert. Das Gate ist in der Nähe einer an die eine Breitseite oder Oberfläche eines. Halt) le it er körpers angrenzenden und zwischen der Source (Quelle) und Drain (Senke) liegenden Kanalzone angeordnet. Das Gate ist von der Kanalzone elektrisch isoliert. Die Erfindung betrifft nun insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von derartigen Transistoren, bei denen ohne schwierige Maskierungen eine automatische Ausrichtung von Source, Drain und Gate erzielt werden soll. Ferner seilen die nach dem Verfahren hergestellten Transistoren bessere elektrische Eigenschaften aufweisen.

Bei der Herstellung von Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate sollen die Source- und Drain-Zone in dem zur Herstellung des Transistors benutzten Halbleiterkörper mit dem Gate ausgerichtet sein, das das elektrische Leitvermögen des zwischen Source und Drain an der Oberfläche oder Breitseite des Halbleiterkörpers angeordneten Kanals steuert. Die Source- und Drain-Zone sind dabei vom entgegengesetzten Leitungstyp als die

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Basiszone des Kalbleiterhauptkörpers.

Weiterhin müssen bei einem Oberflächen-Feldeffekttransistor, also bei einem im Enhancesent-Mode arbeitenden Feldeffekttransistor zv/ei Grenzbedingungen eingehalten werden. Sc iarf zua einen kein Teil der Xanalzone über das Gate hinausragen. Da3 Gate muß also die gesarote Kanalzone überdecken, einschließlich der Übergänge des Kanals mit den benachbarten Teilen der Source und Drain an der Oberfläche oder Breitseite des Halbieiterkörpers. Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, hat die nicht überdeckte oder freiliegende Xanalzone einen sehr hohen Widerstand, wenn der Transistor eingeschaltet ist, da bei keiner Steuerspannung am Gate sehr wenige Träger in der Xanalzone sind. Als zweite Grenzbedingung ist es erwünscht, daß das Gate die Source- und Drain-Zone nur so wenig als möglich überdeckt oder überlappt. Diese Bedingung steht im Widerspruch zur ersten Grenzbedingung. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß bei größer v/erdender Überlappung eine zunehmende Kapazität zwischen dem Gate und denjenigen Zonen auftritt, die das Gate überdeckt. Infolge der Überlappung der Source mit den Gate entsteht eine Gate-Source-Kapazität. Durch die Überlappung von Drain und Gate entsteht eine Gate-Drain-Kapazität. Obwohl diese Kapazitäten nicht vollkommen vermieden v/erden können, ist es erwünscht, sie so klein wie möglich zu halten. Kit wachsender Kapazität nimmt nämlich die Betriebsgeschwindigkeit des Transistors ab. V/eiterhin wird die Rück führ kapazität im allgemeinen durch eine mit der Verstärkung zunehmende Eingangskapazität nachgewiesen, die ebenfalls die Betriebsgeschwindigkeit und damit die Betriebsfrequenz des Transistors begrenzt.

Um eine passende Ausrichtung von Source und Drain mit dem Gate bei den herkömmlichen Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate zu erreichen, ist es bekannt, daß die Überlappung oder Überdeokung durch wiederholte Maskierung erreicht wird. Dazu werden fotolithografische Verfahren unter Verwendung von fotoresistivem Material oder Foto-Kopierlack benutzt. Dabei ist es schwierig, jeweils dieselbe Maskierung zu erzielen und an-

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ι;j;;li«j.:cr,:i ,.-or.au denselben "rar.GistGrherstellur.-sschritt durch- «uführon. Ins besondere bereitet es Schwierigkeiten, die Haskiernr.;: aufeinanderfolgend ν er zuneigen, wenn eine große Anzahl von !Transistoren gleichzeitig aus einen: einzigen Ilalbleiterplättoher. hergestellt werden soll, das anschließend in kleine Stücke "geschnitten v.'ird, die alle einer, identischen Feldefiekttransistor darstellen sollen. Dazu r.u3 die Ausrichtung bzw. Überlappung oder Überdeckung ir. gesagten Kaicleiterplättchen genau identisch sei:;.

"ach der Krfir.dung werden Feldeffekttransistoren mit isoliertem Jäte beschaff er., bei denen die Ausrichtung zwischen den oouroe- und Lrain-3ereichen einerseits -and der. Gate andererseits automatisch vorgenommen wird. Diese !Transistoren enthalten eine leitende Schicht, die auf einer Isolier-Passivier-Schicht während der Herstellung aufgebracht und durch ein einziges fotoiithografisches Verfahren gemustert wird. Bei dieses Verfahren wird das Gate gebildet und die an den Kanal angrenzender, !Teile der Source- und Drain-Cffnung festgelegt. Dadurch wird eine automatische Ausrichtung des Gate π it der:. Kanal sichergestellt, während der Herstellung wird die Diffusion der Source- und Drain-Zone sehr sorgfältig überwacht, um die Überlappung zwischen dem Gate und der Source- sowie Drain-Zcne so gering wie möglich zu halten. Dadurch werden r:inir.ale !Transistorkapazitäten erhalten und die Arbeitsgeschwindigkeit erreicht einen optimal hohen V.'ert. Sobald das Gate und der das Gate isolierende Isolator gebildet sind, bleiben sie an ihren Plata während -des restlichen Herstellungsvorgangs.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Herstellungsplan ext den aufeinanderfolgenden Herstellungsschritten für einen Feldeffekttransistor nach der Erfindung.

Fig. 2a bis 2f zeigen mehrere, den in Fig. 1 angegebenen Herstellungsschritten zugeordnete Querschnitte durch einen Feldeffekttransistor nach der Er-

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BAD ORIGINAL

findung.

Pig. 3 zeigt den Herstellungsplan eines abgeänderten

Herstellungsverfahrens für einen Feldeffekttransistor nach der Erfindung.

Fig. 4a bis 4i zeigen mehrere, den in Fig. 3 angegebenen Verfahrensschritten zugeordnete Querschnitte durch einen Feldeffekttransistor nach der Erfindung.

Fig. 5 ist die Draufsicht auf einen nach den Herstellungsschritten von Fig. 1 fabrizierten Feldeffekttransistor und zeigt insbesondere die Elektrodenanordnung.

Bei einem Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate,- -das den Ieitungstragerfluß in dem Kanal zwischen der Source- und der Drain-Zone steuert, ist es zum richtigen Arbeiten des Bauelements notwendig, daß das Gate und der Kanal richtig aufeinander ausgerichtet sind.'Gleichzeitig muß die Ausrichtung, da es sich um einen kommerziellen Feldeffekttransistor handelt, sehr einfach und leicht vorgenommen werden können. Dazu sollen sehr wenig Verfahrensschritte notwendig sein, so daß eine möglichst große Anzahl von derartigen Bauelementen gleichzeitig hergestellt werden kann.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine automatische Ausrichtung im Feldeffekttransistor dadurch erzielt, daß ein Leiter benutzt wird, der nach einem bekannten Foto-Ätzverfahren unter Verwendung von fotoresistivem Material oder Foto-Kopierlack gemustert wird, um ein Muster auf der Oberfläche eines Isolators vorzusehen, der auf einem halbleitenden Substrat aufgebracht ist, aus dem der Feldeffekttransistor hergestellt werden soll. Die metallische Leiterschicht erhält dabei ein derartiges Muster, daß die gleichzeitige Ausbildung der an den Kanal angrenzenden Source- und Drain-Zone sowie die Ausbildung des Gate erleichtert wird. Die mit einem Muster versehene' Metallschicht, einschließlich des Gate, dient also sowohl als Ätzmaske, um das Entfernen des Isoliermaterials auf demjenigen

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Bereich des Halbleiterkörpers zu erleichtern, bei dem die Source und Drain ausgebildet werden sollen, als auch als Diffus ionsmaske, mit deren Hilfe die an den Kanal angrenzenden Teile der Source- und Drain-Zone gebildet werden. Der Gate-Teil der metallischen Schicht ist über dem Kanal zwischen Source ^v und Drain angeordnet. Ein etwas größer ausgebildeter Bereich der Gate-Metallschicht wird später kontaktiert und bildet den Gate-Kontakt. Aufgrund der mehrfachen Benutzung der gemusterten Metallschicht werden die an den Kanal angrenzenden Source- und Drain-Übergänge bei ihrer Ausbildung automatisch vollkommen mit dem Gate ausgerichtet und die Überlappung des Gate mit dem Source-Übergang und dem Drain-Übergang kann auf einem minimalen Wert gehalten werden. Dadurch erhält das Bauelement optimale Parameter. Bei einer kommerziell verwertbaren Konstruktion werden die Transistorparameter durch Verwendung eines länglichen, schmalen Gate optimiert, das einen kurzen, breiten Kanal überdeckt. Die geometrische !Form oder Gestalt des Kanals kann geschlossen sein, beispielsweise rund oder rechteckförmig, aber auch offen sein, beispielsweise eine einzige gerade Linie oder eine wellenförmige Kurve. In beiden Fällen ist ein Teil des Gate vergrößert, um die Kontaktierung zu erleichtern. Die hohe leitfähigkeit des Gate-Materials erlaubt einen diskreten Kontakt, im Gegensatz zum Source- oder Drain-Kontakt., der einen größeren Bereich bedeckt, da das die Source und Drain bildende Halbleitermaterial eine geringere Leitfähigkeit hat.

Die Herstellung eines einfachen Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate nach der Erfindung ist schematisch durch den in Fig. 1 gezeigten Herstellungsplan angegeben. Die einzelnen schematischen Querschnitte durch ein Si-Halbleiterplättchen in den Fig. 2a bis 2f entsprechen dabei den einzelnen in Fig. 1 angegebenen Herstellungsschritten. Der erfindungsgemäße Transistor kann auch aus anderen Halbleitermaterialien als Silicium hergestellt werden, beispielsweise Germanium, Galliumarsenid usw.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform wird ein

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p-leiteiides Siliciumplättchen mit einer monokristallinen Struktur als Ausgangsmaterial verwendet. Das Siliciumplättchen oder der Siliciumkörper weist eine Bor-Atomkonzentration von etwa 10 Boratome pro Kubikzentimeter Silicium auf. Der Durchmesser des Siliciumkörpers kann etwa 25,4 mm (1 inch) und seine Stärke etwa 0,36 mm (0,014 inch) betragen. Dieser Siliciumkörper wird in eine Reaktionskammer gebracht. Der nächste Herstellungsschritt zur Bildung von mehreren Feldeffekttransistoren auf einem Siliciumkörper besteht darin, daß auf der einen Oberfläche oder Breitseite des Siliciumplättchens eine dünne dielektrische Isolierschicht 11 aufgebracht wird, die dazu dient, das Gate von der Kanalzone des Halbleiterkörpers zu trennen und eine Passivierung für den Source-Übergang und den Drain-Übergang vorzusehen. TJm dies zu erleichtern, kann man eine dünne, thermisch aufgewachsene Oxidschicht ausbilden, und zwar dadurch, daß man trockenen Sauerstoff in die Reaktionskammer leitet und das Siliciumplättchen auf eine Temperatur von beispielsweise 1000 ⁰C bis 1200 ⁰C erhitzt. Die Stärke der thermisch aufgewachsenen Siliciumdioxidsehicht kann 1000 Angströmeinheiten betragen. Diese Schichtstärke erreicht man, wenn die oben genannten Bedingungen etwa eine Stunde lang aufrecht erhalten werden.

Obwohl das thermische Aufwachsen des Oxi'ds in der beschriebenen Weise sehr einfach ist, besteht in manchen Fällen vorzugsweise ein Teil der das Gate isolierenden Schicht aus einem anderen Isoliermaterial, beispielsweise aus Siliciumnitrid. Siliciumnitrid zeigt eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber der Diffusion von herkömmlichen Donator- und Akzeptoratomen und ist oft gegenüber Siliciumdioxid vorzuziehen. Andererseits kann Siliciumdioxid leichter geätzt werden, um Source- und Drainöffnungen zu bilden, durch die zur Bildung der Source- und Drain-Zone geeignete Dotiermittel in das Siliciumplättchen eindiffundiert werden können. Jedes isoliermaterial weist daher

ewisse Vorteile auf. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, zuerst eine dünne, thermisch aufgewachsene Schicht aus Siliciumdioxid mit einer Stärke von etwa 1000 Angströmeinheiten zu bil-

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den, und zwar in der oben beschriebenen Weise, und dann darauf eine dünne Schicht aus Siliciumnitrid aufzubringen. Die Siliciumnitridschicht kann durch Reaktion von SiH. und NH, bei· einer Temperatur von 1000 ⁰C auf der Oberfläche des unbeschichteten oder des mit einem Oxid überzogenen Siliciumplättchens "in der Reaktionskammer aufgebracht werden. Dabei kann man einen Partialdruck von 0,015 Torr SiH. in einer Ammoniakatmosphäre aufrechterhalten. Dabei wird eine 1000 Angströmeinheiten starke Siliciumnitridschicht in etwa 10 Minuten gebildet.

Abweichend davon kann auch eine amorphe Schicht mit Silicium, ' Sauerstoff und Stickstoff aufgebracht werden, die im allgemeinen als Siliciumoxynitrid bezeichnet wird. Diese Schicht bildet anstelle der kombinierten Siliciumdioxid- und Siliciumnitridschicht· die Isolierschicht 11 auf dem Siliciumsubstrat 10. Eine derartige Schicht kann man beispielsweise durch pyrolytische Zersetzung von Silanen, Sauerstoff und Ammoniak auf der Oberfläche eines Siliciumplättchens niederschlagen, und zwar bei einer Temperatur von etwa 1000° bis 1200 ⁰C. Abweichend davon kann die Isolierschicht eine Zusammensetzung aus zahlreichen beliebigen, voneinander getrennten, dünnen Filmen a^eln. Beispielsweise können getrennte Schichten mit einer Stärke von 1000 Angströmeinheiten SiO₂I ^Si3^NA ^und schließlich wieder SiO₂ aufweisen.

Nach dem Aufbringen der Isolierschicht 11 auf die Oberfläche oder Breitseite des Siliciumplättchens 10, wie es in Pig. 2b gezeigt ist, wird eine dünne Metallschicht auf der Oberfläche der Isolierschicht 11 gebildet. Bei der Metallschicht kann es sich um Molybdän, Wolfram oder irgentein anderes feuerbeständiges oder hochschmelzendes Metall handeln, das mit der angrenzenden Isolierschicht 11 keine Reaktion eingeht. Vorzugsweise wird Molybdän verwendet. Eine derartige Molybdänschicht kann eine Stärke von 4000 Angströmeinheiten haben. Die Schichtdicke kann auch zwischen 700 Ä und 10 000 S. liegen. Zur Bildung einer 4000 Angströmeinheiten dicken Schicht kann man eine Molybdänquelle, die sehr dicht bei dem oxidbeschichteten Silicium-

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plättchen, das auf einer Temperatur von 400 C gehalten wird, angeordnet ist, mit Argon-Ionen bombardieren, die beispielsweise eine Energie von 1500 Volt haben, wodurch Molybdän von der Quelle zerstäubt und auf der Isolierschicht des Siliciumplättchens niedergeschlagen wird. Dazu kann man ein herkömmliches Triodenzerstäubungsverfahren in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 5x10 Torr benutzen. Im allgemeinen reichen 15 Minuten aus, um die gewünschte Molybdänschicht auf dem Plättchen aufzubringen.

Beim nächsten Herstellungsschritt wird die niedergeschlagene Metallschicht, beispielsweise aus Molybdän, durch ein fotolitografisches Verfahren mit einem Muster versehen. Zu diesem Zweck wird ein Foto-Kopierlack oder ein fotoresistives Material, beispielsweise KPE, das von der Eastman Codak Company, Rochester, New York, erhältlich ist, auf der Metallschicht aufgetragen. Darauf wird *eine Maske gelegt, die nur an denjenigen Stellen eine Bestrahlung der Oberfläche zuläßt, bei ' denen die aufgebrachte Molybdänschicht nicht entfernt werden soll. An denjenigen Oberflächenstellen, bei denen die Molybdänschicht entfernt werden soll, wird das fotoresistive Material von der Maske überdeckt und daher nicht belichtet.

Bei einem Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate kann die Drain-Zone beispielsweise kreisförmig, das Gate ringförmig mit einem etwas vergrößerten Kontaktabschnitt, der die Drain umgibt und Überlappt, und die Source-Zone, die das Gate umgibt und unterschneidet, ebenfalls ringförmig ausgebildet sein, wobei jede Zone einen etwas vergrößerten Abschnitt aufweist, der zur Bildung des elektrischen Kontaktes dient.

Eine für einen einzigen Feldeffekttransistor geeignete Maske hat daher die Form einer etwas abgeänderten Zielscheibe, bei der der kreisförmige Innenteil vorhanden, der sich daran anschließende Ring entfernt und der nächste Ring wiederum vorhanden ist.

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Das tatsächliche Muster zum Maskieren von mehreren Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate auf einem einzigen Halbleiterplättchen besteht dann aus mehreren von diesen Einzelmustern. Das maskierte Gebilde wird bestrahlt, um das fotoresistive Material zu belichten. Anschließend wird das Siliciumplättche*n in einen für das fotoresistive Material geeigneten Entwickler getaucht, beispielsweise in Fotoresist-Developer, der von der Eastman Oodak Company bezogen werden kann. Diejenigen Teile des fotoresistiven Materials, die belichtet wurden, also beispielsweise der Gate-Ring 9 in Fig. 2d, bleiben beim Eintauchen in den Entwickler erhalten und bilden einen dichten und schützenden Überzug auf der Oberfläche der Molybdänschicht 12. Diejenigen Teile des fotoresistiven Materials, die den mittleren Teil 14 und den Ring 13 in Fig. 2d bedecken, werden in dem Entwicklerbad aufgelöst und die Molybdänschicht 12 wird an diesen Stellen freigelegt.Nach der Entwicklung wird das Halbleiterplättchen erhitzt, beispielsweise auf eine Temperatur von 150 ⁰C, die 40 Minuten lang aufrechterhalten wird, um die Schicht zu härten.

Beim nächsten Schritt zur Herstellung, des Feldeffekttransistors nach der Erfindung wird eine zentral gelegene Drain-Öffnung 14 und eine ringförmige Source-Öffnung 13 durch die Molybdänschicht 12 und die Isolierschicht 11 geätzt. Zu diesem Zweck kann das Halbleiterplättchen in ein Ferricyanid-Ätzmittel getaucht werden, das 92 g Kaliumferricyanid, 20 g Kaliumhydroxid und 300 g Wasser enthält. Dabei wird die freigelegte Molybdänßchicht mit einer Geschwindigkeit von etwa 9000 Angströmeinheiten pro Minute weggeätzt.

Als nächstes wird die von der Molybdänschicht 12 nicht mehr bedeckte Isolierschicht 11 an den Stellen 13 und 14 entfernt. Falls die Isolierschicht aus Siliciumdioxid oder Siliciumoxynitrid besteht, kann diese Schicht sehr leicht durch Eintauchen in ein gepuffertes HF-Ätzmittel entfernt werden, das ■ ein Teil konzentriertes HF und 10 Teile einer 40#igen lösung 'von NH,F enthält. Ein derartiges Ätzmittel ätzt Siliciumdi-

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oxid mit einer Geschwindigkeit von etwa 1000 Angstroraeinheiten pro Mir.ute. Der Ätzvorgang wird gerade so lange ausgeführt, bis das Siliciumdioxid entfernt ist. Zum Wegätzen von Siliciumnitrid benutzt man ein konzentriertes (48 Volumenprozent) Flußsäure-Ätzmittel. Dieses Ätzmittel entfernt Siliciumnitrid •mit einer Geschwindigkeit von etwa 130 bis 150 Angströneinheiten pro Minute. Zum Ätzen von Siliciumnitrid kann man auch eine 85?oige lösung mit Phosphorsäure bei einer Temperatur von 180 ⁰C benutzen, um das Siliciumnitrid mit einer'Geschv/indigkeit von etwa 60 bis 100 Angströmeinheiten pro Minute zu entfernen. Dieses Ätzmittel wird vorgezogen, wenn die Isolierschicht SiOp und Si,N, enthält. Wenn die Isolierschicht aufeinanderfolgend 'aus verschiedenen Stoffen besteht, dann können die einzelnen Schichten getrennt weggeätzt werden. Vor jeder Ätzung wird dabei das vorhergehende Ätzmittel weggewaschen. Nach dem Ätzen der Source- und Drain-Öffnungen wird das fotoresistive Material entfernt, beispielsweise durch Abreiben in Trichloräthylen. Die Source-Öffnung 13 und die Drain-Öffnung grenzen in der Schicht 12 an den Ring 15 an, der das Gate des Feldeffektransistors darstellt.

Die Ausbildung der Source-Öffnung 13 und der Drain-Öffnung 14 in der Molybdän- und Isolierschicht auf dem Halbleiterplättchen 10 und die gleichzeitige Ausbildung des Gate 15 nach der Erfindung bieten,gegenüber den bekannten Verfahren große Vorteile. Bei den bekannten Verfahren wird die Bildung der Source- und Drain-Öffnung in einem anderen Verfahrensschritt vorgenommen als die Bildung des Gate. Dazu werden getrennte Masken benutzt. Durch die getrennte, aufeinanderfolgende Verwendung von unterschiedlichen Masken ist es bei den bekannten Verfahren sehr schwierig, die passende Ausrichtung zwischen dem Gate und der Source bzw. Drain zu erzielen.

Nach der Erfindung wird die Molybdänschicht 12 zuerst geätzt, um ein Muster auszubilden. Die gemusterte Molybdänsehicht wird als Ätzmaske und schließlich zusammen mit der mit einem Muster versehenen Isolierschicht als Diffusionsmaske benutzt.

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Das geätzte Siliciumplättchen (oder mindestens derjenige Teil des Plättchens, der einen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate nach dera derzeitigen Herstellungsstand darstellt) ist in Pig. 2d gezeigt.

Als nächstes werden zur Herstellung des Feldeffekttransistors nach der Erfindung η-leitende Zonen gebildet, und zwar dadurch, daß eine Donator-Verunreinigung, beispielswei3e Phosphor, Antimon oder Arsen, an denjenigen Stellen in die an die Oberfläche angrenzenden Bereiche des Siliciumplättchens 10 eindiffundiert wird, bei denen die Isolierschicht 11 und die Molybdänschicht 12 weggeätzt sind und jetzt die Source-Öffnung 13 bzw. Drain-Öffnung 14 vorhanden ist. Die Modifikation des ursprünglich p-leitenden Plättchens 10 wird dadurch erreicht, daß das Plättchen zunächst eine halbe Stunde lang auf eine Temperatur von etwa 1000 ⁰O in einem Reaktionskessel erhitzt wird, in dem Phosphorpentoxid auf einer Temperatur von 250 ⁰C gehalten wird. Das P₂O^ verflüchtigt sich und reagiert mit den freiliegenden Oberflächen dee Siliciumplättchens 10 an der Source-Öffnung 13 und der Drain-Öffnung 14» um mit Phosphor dotierte Zonen 16 und 1? zu bilden. Das Plättchen wird dann in einer Argonattnoephäre vier Stunden lang auf 1100 ⁰C gehalten, damit der Phosphor weiter in das Plättchen eindiffundiert, um die Souroe und Drain bzw. die Source-Zone und Drain-Zone 17 unter der Source-Öffnung 13 bzw. Drain-Öffnung 14 zu bilden. Obwohl die Erfindung an Hand eines n-Kanal-Peldeffekttransistora mit einer η-Source und η-Drain in einem p-leitenden Plättchen mit einem η-leitenden Oberflächenkanal zwischen der Source und der Drain beschrieben ist, kann man auch einen p-Kanal-Feldeffekttransistor nach der Erfindung herstellen, und zwar dadurch, daß eine Akzeptor-Aktivatorverunreinigung, beispielsweise Bor, in ein η-leitendes Plättchen eindiffundiert wird, so daß man eine p-leitende Source und Drain und einen p-leitenden Oberflächenkanal zwischen der Source und Drain erhält.

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Wie es in der Pig. 2e gezeigt ist, untersohneiden der Source- und Drain-Bereich 16 und 17 infolge der seitlichen Diffusion ein wenig die Oxidschicht 11 bzw. dringen bi3 unter, die nicht weggeätzte Oxidschicht 11 vor, die noch mit der nicht weggeätzten' Molybdänschicht 12 überzogen ist. An denjenigen Stellen, an denen die Zonen 16 und 17 an das übrige Halbleiterplättchen 10 angrenzen, wird ein Source-Übergang 18 und ein Drain-Übergang 19 gebildet. Die Übergänge 18 und 19 durchschneiden die Oberfläche oder Breitseite des Plättchens 10 und bilden geschlossene geometrische Formen oder Muster. Der die Drain-Öffnung 14 umgebende Molybdänring 15 stellt das Gate des Feldeffekttransistors dar. Wie man Fig. 2e entnehmen kann, wird das Gate 15 und die darunter liegende Isolierschicht als Diffusionsmaske benutzt, die eine automatische Ausrichtung zwischen der an den Kanal angrenzenden Source und Drain einerseits und Gate andererseits sicherstellt. Wie weit sich die Source- und Drain-Zorie seitlich unter das Gate erstrecken, kann man sehr leicht durch die Höhe der Temperatur'und die Zeitdauer der Phosphordiffusion festlegen.

Zusätzlich zur automatischen Ausrichtung durch die Verwendung des Gate und der darunterliegenden Isolierschicht als Diffusionsmaske werden jedoch noch weitere Vorteile erzielt, nämlich daß die Überlappung zwischen der Source *bzw. Drain mit dem Gate ein Minimum ist. Dadurch ist die Kapazität zwischen den einzelnen Zonen sehr, gering und der Trans is tor^Lat eine hohe Betriebsfrequenz. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, daß man das Gate 15 sehr klein machen kann und trotzdem infolge der automatischen Ausrichtung eine Überlappung erzielt.

Schließlich v/erden noch bei der Herstellung des Feldeffekttransistors nach der Erfindung die Source-Zone, Drain-Zone und das Gate mit elektrischen Kontakten ausgerüstet. Ferner wird an den ip-leitenden Teil des Halbierterplättehens ein Kontakt angebracht, der den Basiskontakt bildet.

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Zum Anbringen der Kontakte auf der Source, Drain und dem Gate wird zunächst das Halbleiterplättchen mit einem fotoresistiven Material maskiert, um das Gebilde bis auf diejenigen Stellen abzudecken, an denen dor Source- und Drain-Kontakt angebracht werden soll. Anschließend wird auf das maskierte Plättchen im Vakuum ein dünner Aluminiumfilm aufgedampft. Hierauf wird der fotoresistive Übergang mit dem darauf aufgedampften Aluminium entfernt. An den von dem fotoresistiven Material nicht bedeckten Stellen bleibt das Aluminium erhalten. Anschließend werden Elektrodenkontakte auf dem Aluminiumüberzug an der Source· und Drain und dem Gate angebracht. Die Basis wird durch Legieren·' mit einem geeigneten Überzug kontaktiert.

In der Pig. 5 ist der fertiggestellte Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate nach der Erfindung gezeigt. Wie man in Pig. 5 sieht-, ist das passivierte Plättchen 10 mit einer Molybdänschicht 12 überzogen. Ein unvollständiger Ring 1 enthält eine Aluminium-Source-Elektrode und eine etwas größer ausgebildete Anschlußstelle 2 für einen elektrischen Kontakt 3, der beispielsweise mittels eines Wärmedruckverfahrens befestigt sein kann. Ein zweiter Ring 15 enthält, das-Gate mit einem vergrößerten Abschnitt 4 für den elektrischen Kontakt 5. Ein kreisförmiger Bereich 6 aus Aluminium enthält die Drain-Elektrode, an der ein Kontakt 7 beispielsweise durch ein Wärmedruckverfahren angebracht sein kann.

Bei den Zeichnungen handelt es sich lediglich um schematische Darstellungen,-die nicht im richtigen Maßstab, insbesondere hinsichtlich der relativen Abmessungen dargestellt sind. So sind beispielsweise die Schichten 11 und 12, die Zonen 16 und 17 als auch der Kanalabstand zwischen ihnen so klein, daß sie bei einer maßstabsgerechten Zeichnung nicht sichtbar wären.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit besseren Passivierungseigenschaften und einem besseren Schutz gegenüber der Umgebung ist in den Pig. 3 und 4- angegeben. Die Pig. 3 zeigt wiederum den Herstellungsplan mit den einzelnen Herstel-

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lungss(3hritten 'und die Pig. 4a bis 4i sind Querschnitte durch einen Ceil des p-leitenden Siliciumplättchens bei den verschiedenen Herstellungsschritten.

Mehrere n-Kanal-Peldeffekttransistoren mit isoliertem Gate können aus einem p-leitenden Siliciumplättchen 20 mit einer

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Dotierungsdichte von etwa 10 Bor-Atomen pro Kubikzentimeter Silicium hergestellt werden. Abweichend davon kann man einen p-Kanal-Peldeffekttransistor mit isoliertem Gate aus einem η-leitenden Siliciumplättchen herstellen, das beispielsweise mit 10 Phosphor-Atomen/cm^ Silicium dotiert ist und das dann mit Akzeptor-Aktivatoren diffundiert wird, wie es bereits beschrieben wurde. Bei einem n-Kanal-Transistor wird eine Isolier-Passivier-Schieht 21 auf der einen Oberfläche des p-leitenden Plättchens 20 aufgebracht, und zwar dadurch, daß in einer trockenen Säuerst off atmosphäre eine .Siliciumdioxidschicht ther-r misch aufgewachsen wird. Abweichend davon kann man auch bei einer Temperatur von etwa 1100 ⁰C eine Siliciuronitridschicht durch die Reaktion von SiH, und KH, auf der Oberfläche des Siliciumplättchens 20 aufbringen. Man k-ann auch eine dünne Schicht aus Siliciumoxynitrid auf der Oberfläche des Siliciumplättchens 20 niederschlagen, und zwar durch Reaktion einer Mischung von SiH^, MH^ und Sauerstoff bei einer Temperatur von 1100 ⁰C. '

Nach der Bildung der Isolierschicht 21 wird eine dünne Schicht 22 aus einem hitzebeständigen oder hochschmelzenden Metall, beispielsweise Molybdän, auf der Oberfläche der Isolier-Passivier-Schicht 21 aufgebracht» Die Bildung der Isolierschicht 21 und der Molybdänschicht 22 geschieht bei dieser Ausfuhrungsform im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es bereits bei der im Zusammenhang mit den Pig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung angegeben ist. Wie bei der Ausführungsform nach den Pig. 1 und 2 wird die Source-Öffnung 23 und Drain-Öffnung 24 in die Molybdänschicht 22 bis zur Oberfläche des Silioiumplättchens 20 eingeätzt. Dabei wird zuerst die nicht

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ait einem fotoresistiven Material überdeckte Molybdänschicht entfernt. Anschließend wird die verbleibende Molybdänschicht rait den; darauf befindlichen fotoresistiven Material als Ätzmaske benutzt, um an denjenigen Stellen die Isolier-Passivier-Schicht 21 zu entfernen, bei denen die Source-Öffnung und Drain-öffnung auftreten sollen. Dies wurde bereits ausführlich im Zusammenhang mit dem in den Pig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert.

Kach den Atmen der Source- und Drain-Öffnung wird das fotoresistive Material von dem jetzt mit einem Muster versehenen Kolybdänfilm entfernt. Anschließend kann die gesamte Oberfläche des Siliciumplättchens mit einer sauberen, undotierten Schicht 25 aus Siliciumdioxid überzogen werden, die beispielsweise eine Stärke von 1000 Angströmeinheiten hat. Eine derartige Schicht kann beispielsweise durch Pyrolyse von Äthylorthosilikat auf dem erhitzten Plättchen aufgebracht werden. Ein Teil des Siliciumplättchens mit einem einzigen Feldeffekttransistor ist nach Ausführung dieser Verfahrensschritte in der Pig. 4e gezeigt.

üach der Ausbildung der undotierten Schicht 25 aus Siliciumdioxid auf dem mit einem Muster versehenen Plättchen wird eine Schicht 26 aus einem Isoliermaterial auf der zuerst niedergeschlagenen Schicht 25 aufgebracht. Das Isoliermaterial ist mit einer passenden Donator-Aktivatorverunreinigung dotiert. Es kann sich beispielsweise um ein 1#ig dotiertes Phosphorglas handeln. Die Schicht 26 kann eine Stärke von etwa 2000 Angströmeinheiten haben. Die Schicht 26 kann durch Pyrolyse von Äthylorthosilikat und Triäthylphosphat mit einem Volumenverhältnis von 10:1 gebildet werden, wobei ein mit Phosphor, dotiertes Siliciumdioxid entsteht. Die dotierte Glasschicht 26 dient als Quelle für Aktivatorverunreinigungen, um eine Modifizierung der Leitfähigkeit der Source-Zone und Drain-Zone des Feldeffekttransistors hervorzurufen. Die Schicht 26 kann auf der Oberfläche des Plättchens sehr leicht dadurch aufgebracht werden, daß Dämpfe der chemischen Bestand-

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teile in Argongas über das auf eine Temperatur von 800 C erhitzte Plättchen geleitet werden. Auf diese Weise kann man eine Aufwachsgeschwindigkeit von 400 Angströmeinheiten pro Minute für das dotierte Glas erzielen. Die passenden Darapfdruckkonzentrationen kann man beispielsweise dadurch erhalten, daß trockene, hochreine Argonblasen durch Dotiermittel enthaltene Flüssigkeiten geleitet werden, beispielsweise 0,2 m (7 cubicfeet) pro Stunde durch Äthylorthosilikat und 0,02 nr (0,7 cubicfeet) Argon pro Stunde durch Triäthylphosphat.

Nach "dem Aufbringen des mit Phosphor dotierten Glases wird das Plättchen erhitzt, beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 1100 ⁰O. Diese Hitzebehandlung wird 2 bis 16 Stunden lang vorgenommen, je nach der Stärke des zu durchdringenden Glases, damit die Phosphor-Atome die Schicht 25 durchdringen und in die an die Oberfläche angrenzenden Zonen 27 und 28 des Siliciumplättchehs 20 über die Source-Öffnung 23 und Drain-Öffnung 24 eindiffundieren, um dadurch den Leitungstyp in einen η-Typ zu ändern. Da die Source und Drain gleichzeitig und unter denselben Bedingungen diffundiert werden, erfolgt die seitwärts gerichtete Diffusion unter das Gate 50 für die Source und Drain in derselben Weise.

Die Schicht 25 braucht nicht vor dem Ausbilden der dotierten Glasschicht 26 aufgebracht zu werden. Man kann beispielsweise eine 500 bis 10 0Ö0 Angströmeinheiten starke Schicht 26 direkt auf dem mit einem Muster versehenen Halbiert erplättchen niederschlagen. Kach der Diffusion der Source- und Drain-Zone und vor dem Ausbilden der Source- und Drain-Elektrode sollte die Schicht 22 mit einer eti^a 5000 bis 15 000 Angströraeinheiten dicken Isolierschicht überzogen werden. Dies kann man durch geeignete Wahl der Stärke von den Schichten und 26 erzielen. Abweichend davon kann man auch-eine nicht dotierte Schicht auf der Schicht 26 entweder vor oder nach der Diffusion aufbringen. In jedem !Falle erhält man eine dreifache Passivierung. Dabei sind die Schnittstellen der Source- und Drain-Zone mit der Oberfläche des Plattchens 20 mit einer

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Schicht aus dem ersten Isolator, anschließend von einem Metall und schließlich durch die zuletzt aufgebrachte Isolierschicht überdeckt, In diesem Falle sind die Übergänge nicht nur passiviert, sondern auch elektrostatisch abgeschirmt. _%

Bei der Diffusion kann eine Schwierigkeit auftreten, nämlich daß die Aktivatoratome die Metallschicht nachteilig beeinflussen. Das kann dadurch vermieden werden, daß man die Reihenfolge der Herstellungsschritte abändert. So kann man beispielsweise die zuerst niedergeschlagene, nicht dotierte' Oxidschicht 25 vor dem Ätzen der Öffnungen 23 und 24 durch die Schichten 21 und 22 aufbringen* Nach dem Ätzen der Öffnungen 23 und 24 durch die Schichten 21, 22 und 25 kann die dotierte Glasschicht 26 durch die öffnungen 23 und' '2^ direkt auf dem Plättchen 20 niedergeschlagen werden. Dabei liegt dann die Schicht 25 zwischen der Schicht 26 und der Metallschicht 22. Beim Diffundieren der Zonen 27 und 28 kann das Dotiermittel die Schicht 25 nicht' durchdringen und die Metallschicht 22 wird nicht beeinträchtigt. ■

Die Zone 27 stellt eine ringförmige Source-Zone dar und ragt etwas unter die passivierende Schicht 21, die unter den restlichen Teilen der Molybdänschicht 22 liegt. Die Schicht 28 stellt eine kreisförmige Source-Zone dar, die ebenfalls geringfügig unter die Passivierschicht 21 und die Schicht 22 ragt. Der Source- und Drain-pn-Übergang 29 bzw. 30 durchschneiden die Oberfläche des Siliciumplättchens und bilden in sich geschlossene geometrische Muster, beispielsweise einen Ring bzw. einen Kreis, und zwar an Stellen, an denen die passivierende Schicht 21 die Oberfläche des Siliciumplättchens überdeckt. Die Übergänge sind daher passiviert und unerwünschte Oberflächenerscheinungen werden vermieden. Wie groß die in beiden Fällen gleichgroße Überlappung der Source- bzw. Drain-Zone mit dem Gate 50 ist, hängt von der Diffus ionstemperatur und Diffusionszeitdauer ab. Diese Parameter sind so gewählt, daß der Überlappungsgrad ein Minimum ist. Dabei muß eine gute Passivierung des Source- und Drain-

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pn-Übargangs 29 und 30 gewährleistet sein und gleichzeitig die Kapazität zwischen der Source-Zone bzw. Drain-Zone und dem Gate ein Minimum haben. Infolge der automatischen Ausrichtung und genauen Steuerung des Diffusionsvorganges kann die seitliche und senkrechte Diffusionstiefe genau bestimmt oder festgelegt werden, so daß man eine sehr flache Diffusionstiefe, von beispielsweise einigen Mikrometern erhalten kann. Bei einer vorgegebenen" Diffusionstemperatur hängen die Eindringtiefe und die seitliche Diffusion von der Quadratwurzel aus der Diffusionszeit ab.

Nach der Beendigung des Diffusionsschrittes, bei dem die Source- und Drain-Zone 27 bzw. 28 entstehen, werden diese Zonen und das Gate kontaktiert. Zu diesem Zweck wird die gesamte Oberfläche des Halbleiterplättchens mit einem fotoresistiven Material oder einem Foto-Kopierlack überzogen und dieses Material bis auf diejenigen Bereiche belichtet, bei denen der Source-, Drain- und Gate-Kontakt vorgesehen werden sollen. Diese Bereiche liegen in den Öffnungen in der Schicht 21 bei der Source-Zone und der Drain-Zone sowie bei dem vergrößerten Abschnitt des Gate. Infolge der hohen elektrischen Leitfähigkeit des metallischen Gate braucht die Kontaktierung nur an einem Teil des Gate vorgenommen zu werden. Im Gegensatz dazu ist es zweckmäßig, die Source-Zone fast über den vollständigen Winkelbereich zu kontaktieren. Die Breite der Kontaktierung ist dabei etwas geringer als die Breite der Source-Öffnung 23, so daß die Passivierung und Isolierung des Transistors durch die Bildung der Source-Kontaktöffnung/ unbeeinflußt bleiben* Aus demselben Grund ist die Kontaktierfläche der Drain-Zone etwas kleiner als die Drain-Öffnung 24.

Nachdem das fotoresistive Material belichtet und entwickelt ist, um das fotoresistive Material an denjenigen Stellen des Oxidfilms 25 zu entfernen, bei denen die Source-Kontaktöffnung 31, Drain-Kontaktöffnung 32 und Gate-Kontaktöffnung 33 gebildet werden sollen, wird das Halbleiterplättchen in ein

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Ätzmittel getaucht, beispielsweise in ein gepuffertes HP-Ätzmittel, um das Siliciumdioxid zu entfernen. Dieser Ätzvorgang wird so lange ausgeführt, bis die Source- und Drain-Zone im Silicium und der größer ausgebildete Abschnitt des Gate aus Molybdän frei liegen. Die freiliegenden Bereiche werden von den Ätzmittel nicht angegriffen. Das Plättchen kann beispiels weise für eine Zeitdauer von etwa 3 Minuten eingetaucht werden, um eine 3000 Angetrömeinheiten starke Siliciumdioxidschicht zu entfernen.

Nachdeir. die Öffnungen 31 _f 32 und 33, die zur Source, Drain und zum Gate führen, fertiggestellt sind, werden die elektrischen Kontakte dadurch hergestellt, daß eine metallische Schicht aufgebracht wird, die diese Öffnungen auffüllt und die Source- und Drain-Zone sowie das Gate kontaktiert. Diese Metallisierung kann man beispielsweise duroh Aufdampfen einer Aluminiumschicht in Vakuum bewerkstelligen. Kach der Bildung dieser Metallschicht wird ein Muster mittels eines fotoresistiven Materials auf der Oberfläche der metallischen Schicht gebildet, Das Muster bedeckt die Bereiche unmittelbar über der Drain-Elektrodenzone, Gate-KontaktÖffnung und Source-Elektrodenzone, während der übrige Teil der Aluminiumschicht nicht bedeckt ist. Das Plättchen wird dann in ein Ätzmittel für Aluminium getaucht, beispielsweise in ein Phosphorsäure-Ätzmittel. Es bleiben dann drei diskrete Elektrodenkontaktbereiche übrig, nämlich der Source-Kontaktbereich 34, der,Drain-Kontaktbereich 35 und der Gate-Kontaktbereich 36. Sowohl die Source- als auch Drain-Elektrode haben einen etwas größer ausgebildeten Bereich, um die elektrische Kontaktierung durchzuführen. Kontaktdrähte 37, 38 und 39 können beispielsweise durch ein Wärmedruckverfahren an der Source-Elektrode, Drain-Elektrode und Gate-Elektrode befestigt werden. Die Basiszone 40 des Siliciuroplättchens wird zur Kontaktierung mit einer Metallschicht· 41 überzogen, beispielsweise nit einer Aluminiumschicht, die einen ohmschen Kontakt mit dem Halbleiter bildet. Auf der Aluminiumschicht wird ein Kontaktdraht 42 befestigt. Abweichend davon kann man

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ÖRieiNAL JNSPECTEÖ

auch die Zone 40 rait einem geeigneten Überzug legieren. Der sich nach diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten ergebende Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate ist in Pig. 41 gezeigt.

Das in Pig. 4i gezeigte Bauelement ist ein typischer Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate nach der Erfindung. Bei diesem erfindungsgemäßen Bauelement wird eine automatische Ausrichtung des an den Kanal angrenzenden Source-Übergangs und Drain-Übergangs mit dem Gate nach den Merkmalen der Er-findung sichergestellt, wonach die Metallschicht mit einem Muster versehen wird, wie es bereits beschrieben ist, um das Gate 50 abzugrenzen, das zusammen mit dem Gate-Isolator 52 oberhalb des Kanals 51 liegt. Wenn man eine Verunreinigung vom entgegengesetzten Leitungstyp in den Hauptkörper des Siliciumplättchens eindiffundiert, dann sind die an die Oberfläche angrenzenden, in ihrem Leitungstyp modifizierten Zonen derart geformt, daß sie sich um ein vorgegebenes Stück unter das Gate erstrecken. Auf diese Weise wird die Überlappung des Gate mit den an den Kanal angrenzenden Teilen des Source- und Drain-Übergangs genau festgelegt. Dazu braucht man nicht zuerst die Source- und Drain-Zone durch Diffusion zu bilden, und zwar mittels einer Ätzmaske aus einem fotoresistiven Material, und anschließend mittels eines separaten Maskierverfahrens den Gate-Bereich abgrenzen, wozu ebenfall ein Ätzverfahren unter Verwendung eines fotoresistiven Materials •verwendet wird. Nach der Erfindung entfällt somit die genaue Ausrichtung einer ersten Maskierung mit einer zweiten Maskierung.

Die Bauelemente nach der Erfindung können entweder eine geschlossene oder offene Anordnung bilden. Der Einfachheit halber wurde bei den beschriebenen Ausführungsformen die geschlossene Anordnung bevorzugt. Durch eine geringe Abwandlung des beschriebenen Verfahrens kann man aber auch einen FeIdeffekttransistor mit offener Anordnung herstellen» Bei einer solchen Ausfuhrungsform der Erfindung wird die Metalischicht

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zuerst auf einer Isolierschicht aufgebracht und anschließend derart mit einem Muster versehen, daß ein Streifen mit einem größeren Ätzbereich für den Kontakt entsteht. Anschließend wird der Metallstreifen mit einem weiteren Muster versehen, um einen dünnen Streifen zu bilden, um aus den dem Kanal benachbarten Teilen des Streifens das Gate herzustellen, und zv/ar zur gleichen Zeit, zu der die Source- und Drain-Öffnung in einem einzigen fotolithografischen Verfahrensschritt geschaffen werden. Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung werden auf einem Siliciumsubstrat ein gutes Isoliermaterial mit einem ersten dicken Seil und einem zweiten zentralen dünnen Teil, der den aktiven Teil des Bauelements enthält, aufgebracht. Darauf wird eine metallische Schicht gebildet und mit einem Küster versehen, um ein Gate auszubilden, das in dem dünnen Isolierbereich schmal ist und in dem dicken Isolierbereich den größeren Kontaktbereich hat. Die Isolierschicht wird dann geätzt, um die Stärke von beiden Teilen zu vermindern, und zwar gerade um so .viel, daß eine Source- and Drain-Öffnung in der Nachbarschaft' der gemusterten Metallschicht in dem dünnen Isolierbereich entsteht. In den dünnen Isolierbereich werden dann die Source- und Drain-Zone eindiffundiert, wie es oben beschrieben'ist, und zwar mit automatischer Ausrichtung mit dem Gate, das in diesem Pall als Ätzmaske benutzt wird, um die Ausrichtung sicherzustellen.

Dabei kann man wieder das Ausmaß der Überlappung zwischen der Source (Quelle) bzv/. Drain (Senke) und dem Gate (Steuerelektrode) sehr leicht steuern, um die Zwischenzonenkapazitäten so gering wie'möglich zu halten. Dies wird wieder durch Steuerung und Regelung der Temperatur und Zeitdauer desjenigen Zyklus erreicht, bei dem die Aktivatorverunreinigungen in die Source- und Drain-Zone eindiffundieren, um eine Überlappung der Source- und Drain-Zone längs der gesamten Breite der dem Kanal benachbarten Bereiche dieser Zonen mit dem Gate hervorzurufen, wobei allerdings die Überlappung auf einem minimalen Wert gehalten wird. Dadurch ist auch die Eindringtiefe in das Halbleiterplättchen sehr gering, was ein weiterer Vorteil ist.

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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine dicke Schicht aus Isoliermaterial ,auf dem mit eines Muster versehenen Plättchen ausgebildet, und zwar vor der Diffusion und Ausbildung der Source- und Drain-Zone. Diese Zonen sind bereits durch eine dicke Isolierschicht geschützt, und es •ist nicht notwendig, das Bauelement einem weiteren Hitzebe- handlungsschritt zu unterziehen, um die Ausbildung oder Niederschlagung einer Isolierschicht hervorzurufen, da der Hitzebehandlungsschritt das bereits ausgebildete Halbleiterbauelement schädlich beeinflussen kann.

Mehrere Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate werden nach der Erfindung wie folgt hergestellt; ein monokristallines p-leitendes Siliciumplättchen mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1 inch) und einer Stärke von 0,56 rom (0,015 inch) sowie mit einer Konzentration von 10 Bor-Atomen in einem Kubikzentimeter Silicium wird in eine Reaktionskarraer gebracht und in trockenem Sauerstoff eine Stunde lang bei einer Temperatur von 1100 ⁰G hitzebehandelt, um auf der Oberfläche des Siliciumplättchens einen dünnen Siliciumdioxidfilm mit' einer Stärke von 1000 Angströmeinheiten auszubilden. Auf dieser Oxidschicht wird eine 5000 Angströmeinheiten starke Schicht aus Molybdän aufgebracht. Dies geschieht durch Zerstäuben nach einem Triodenglimmverfahren bei einer Spannung von 1500 Volt in einer reinen Argonatmosphäre von 5x10 Torr. Dieser Vorgang dauert 20 Minuten. Dazu wird eine Molybdänplatte benutzt, die in einem Abstand von 5 cm_w von dem Halbleiterplättchen angeordnet ist. Das Halbleiterplättchen wird dabei auf einer Temperatur von etwa 400 ⁰C gehalten. Als nächstes wird ein fotoresistives Material, beispielsweise KPR, auf der Molybdänschicht aufgebracht. Darauf kommt eine Maske in Porro einer modifizierten Zielscheibe mit einem undurchsichtigen Mittelteil, dessen Durchmesser 0,13 mm (0_?005 inch) beträgt, einem durchsichtigen ringförmigen Teil mit einer radialen Breite von 0,0064 mm (0,00025 inch), wobei dieser ringförmige Teil konzentrisch mit dem Mittelteil ist und zur Kontaktierung einen größeren Bereich mit einem Durchmesser von 0,076 mm

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(O,CO3 inch) aufweist, und einem undurchsichtigen ringförmigen Teil, der zum Kontaktieren einen vergrößerten Bereich mit einen] Durchmesser von 0,076 mm (0,03 inch) aufweist und eine radiale Breite von 0,051 mm (0,002 inch) hat und der den •durchsichtigen ringförmigen Teil konzentrisch umgibt. Dieses Muster hat eine Gesamtabmessung von 0,305 mm (0,012 inch) und wird so.oft wiederholt, daß insgesamt 2500 Muster auf einer Fläche von 2,54 x 2,54 cm auftreten. Das maskierte Plättchen wird dann 10 Sekunden lang bestrahlt, um das fotoresistive KPR-Katerial zu belichten. Anschließend wird es 5 Minuten lang, in einen fotoresistiven Entwickler gewaschen, um die unbelichteten Teile zu entfernen. Nach der Entwicklung des fotoresistiven Materials im Entwickler wird das Halbleiterplättchen

40 Minuten lang auf einer Temperatur von 150 !das entwickelte KPR-Muster zu härten.

C gehalten, um

Nach dem Erhitzen wird das Halbleiterplättchen in ein Perricyaaid-Ätzbad etwa eine Minute lang eingetaucht, so ci-3 das nicht vom fotoresistiven Material überdeckte Molybdän weggeätzt wird. Dadurch werden die Source- und Drain-Zone 3eder Transistoreinheit festgelegt. Nach den Entfernen des Perricyanid-Ätzmittels und nach dem Waschen in destilliertem Wasser wird das Plättchen in ein gepuffertes HP-Ätzmittel eine Minute lang eingetaucht, um das Siliciumdioxid 'zu entfernen, das durch das Bemustern der Molybdänschicht freigelegt wurde. !lach dem Entfernen des gepufferten HP-Ätzmittels und Waschen in destillierten V/asser wird das Plättchen in eine Reaktionskammer gebracht, und zwar zusammen mit einem Schmelztiegel, der 50 g trockenes PgO^ enthält. Während das Plättchen auf eine Temperatur von 1100 ⁰C erhitzt wird, wird das P₃O₅ auf einer Temperatur von 250 ⁰C gehalten. Dieser Verfahrenszyklus wird 20 Minuten lang durchgeführt. Während dieser Zeit diffundieren Phosphor-Atome in die freigelegten Teile des Siliciunplättchens, um die an die Oberfläche angrenzende n-leitenäe Source- und Drain-Zone zu bilden. Diese Zonen haben eine Diffusionstiefe von etwa 2 Mikrometer. Dabei modifizieren sie vollkommen

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die freiliegenden, an die Oberfläche angrenzenden Bereiche des Siliciums und erstrecken sich zwei Mikrometer unter die Diffusionsmaske und das Gate.

Das diffundierte Halbleiterplättchen wird dann mit einer, schablonenartigen Maske aus fotoresistivem KPR-Material überzogen. Dabei werden Öffnungen vorgesehen, die der Source- und Drain-Zone entsprechen, wobei an allen" Seiten ein Abstand von 0,013 mm (0,0005 inch) eingehalten wird. Anschließend wird auf das Plättchen eine 0,5 Mikrometer starke Schicht aus Aluminium im Vakuum aufgedampft. Das Aluminium in den Öffnungen dient als Source- und Drain-Elektrode. Der obige Verdampfungsschritt dauert 20 Sekunden, wobei das Substrat auf Zimmertemperatur gehalten wird. Räch dem Aufdampfen der AIuminiunschicht wird der zuvor als Küster aufgebrachte fotoresist ive Überzug zusammen mit dem auf dem fotoresistiven Überzug niedergeschlagenen Aluminium entfernt, in dem das Plättchen in Trichloräthylen gewaschen wird. Das Plättchen wird anschließend zur Gasbildung eine Minute lang auf 570 C gehalten, um den Elektrodenkontaktwiderstand zu verringern. Anschließend wird der Halbleiterkörper in separate Stücke geschnitten. Jedes Stück enthält ein separates Transistorelement. Die elektrischen Kontakte-v/erden durch V/ärmedruckverbindungen an den vergrößerten Bereichen der Source- und Drain-Elektrode und an dem größeren Teil des Gate unter Verwendung eines Golddrahtes bei 350 ⁰C gebildet. Zur Kontaktierung wird die Basiszone des Siliciums mit einem goldpiat-' tierten Kovar-Überzug legiert. Das auf diese Weise'gebildete Transistorbauelement hat eine n-Kanallänge von etwa 2 Mikrometer. Die Kanallänge ist der Abstand zwischen den Source-Ubergang und dem Drain-Übergang.

Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung von Peldeffekttransistorelementen nach der Erfindung wird ein monokristallines p-leitendes Siliciumplättchen rait 10 Bor-Atomen pro Kubikzentimeter Silicium und einem Durchmesser von 25,4 mm (1 inch) und einer Stärke von 0,36 mm (0,014 inch) in einer

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Atmosphäre aus trockenem Sauerstoff eine Stunde lang auf einer Temperatur von 1100 ⁰C gehalten, um auf dem Plättchen eine 1000 Angströmeinheiten starke Siliciuadioxidschicht zu bilden. Als nächstes \^ird das Plättchen einem Triodenzerstäucungsschritt unterzogen, wie bei der vorhergehenden Ausführungsiorm, un eine 5000 Angströmeinheiten starke Molybdänschicht zu bilden. Unter Verwendung eines fotoresisxiven Katerials wird auf der Holybdänschicht ein Muster aufgebracht. Durch Atzen in einem Ferricyanid-Ätzroittel wird das Huster auf die Molybdänschicht übertragen, um auf einer Fläche von 2,54 χ 2,54 cm 2500 zielscheibenförmige Muster zu bilden. Dabei werden dieselben Source- und Drain-Abmessungen v/ie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel benutzt, außer daß der ausgeweitete Bereich des Gate bei diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Kreises mit einem Durchmesser von 0,25 mm (0,001 inch) ausgebildet wird, während bei dem vorausgegangenen Beispiel der Kreis einen Durchmesser von 0,076 επί (0,003 inch) hat.

Das auf diese Weise gemusterte Plättchen wird dann in destilliertem Wasser gewaschen'lind in-gepuffertes HF eingetaucht, um die freiliegenden Teile der thermisch aufgewachsenen Oxidschicht zu entfernen. Das gesamte Plättchen wird mit einer 1000 Angstromeinheiten starken Schicht aus phosphordotiertem SiOp überzogen. Dies geschieht durch Pyrolyse in Argon, das mit einem Verhältnis von 1 : 10 mit den Dämpfen von Tr iäthylphosphat und Athylorthosilikat gesättigt ist. Dabei wird das Substrat auf einer Temperatur von 800 ⁰C gehalten. Zu diesem iv.ak werden trockene Argonblasen mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,2 m (7 cubic feet) pro Stunde durch flüssiges Athylorthosilikat und mit einer Durchflußgaschwindigkeit von 0,02 xn'^J (0,7 cubic feet) pro Stunde durch Triäthylphosphat geleitet. Das mit den verschiedenen Stoffen gesättigte Argon wird gemischt und über das erhitzte Plättchen geleitet. Dr*bei wird aui' dem gesamten Plättchen eine Schicht . aus phosphordotiortem Siliciumdioxid pyrolytisch niedergeschlagen. Um eine Schichtstärke von 2000 Angströmeinheiten zu bil-

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den, wird dieser Verfahrensschritt fünf Minuten lang ausgeführt.

Als nächstes wird die dotierte Siliciurjdioxidschiclit mit einer 5000 1 starken Schicht- aus nichtdotiertem Siliciumdioxid überzogen. Dies geschieht in der gleichen V/eise v/ie oben, v/obei allerdings durch Durchleiten, des Argons durch das Triäthylphosphat v/eggelassen ist. Dieser Verfahrens schritt wird 20 Minuten lang durchgeführt.

Das überzogene Halbleiterplättchen wird 20 Minuten lang auf einer Temperatur von 1100 ⁰C gehalten, wobei das in der zuerst niedergeschlagenen Siliciiradioxidschicht enthaltene Phosphor in diejenigen an die Oberfläche angrenzenden Bereiche des Siliciumplättchens eindiffundiert, die an das dotierte Glas angrenzen, um konzentrische, diffundierte, in ihrer Leitfähigkeit modifizierte Source- und Drain-Zonen mit einer Tiefe von zwei Mikrometer zu bilden. Nach der Diffusion wird das Plättchen mit einer Schicht aus einem fotoresistiven Material überzogen und derart gemustert, daß Kontaktöffnungen gebildet werden, die mit den Öffnungen in der Molybdänschicht und dem vergrößerten Bereich des Gate-Rings ausgerichtet sind, jedoch etwas kleiner sind, um an den Übergängen eine gute Passivierung aufrechtzuerhalten. Die Kontaktöffnung zur Drain ist rund, zentral angeordnet und hat einen Durchmesser von 0,1 mm (0,004 inch). Die Kontaktöffnung zur Source umfaßt einen Ringsektor von 270° mit einer radialen Breite von 0,025 mm (0,001 inch) und ist bezüglich der ringförmigen Source-Zone zentral radial angeordnet. Die Kontaktöffnung zum Gate ist kreisförmig und hat einen Durchmesser von 0,013 mm (0,0005 inch) und ist bezüglich der erweiterten Zone des Gate-Ringes zentral angeordnet. Auf die gesamte Oberfläche wird im Vakuum Aluminium aufgedampft. Dabei v/erden die Source-, Drain- und Gate-Kontaktöffnung angefüllt und der Kontakt zur Source, Drain und dem Gate hergestellt. Die Aluminiums chicht wird wahlweise entfernt, und zwar unter Verwendung einer Maskierung mit einem fotoresistiven Material, Bestrahlung und

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BAD ORlGtNAt

schließlich. 3ntwicklung, wie es allgemein "bekannt ist. Dabei bleiben Bereiche von 0,076 mm (0,003 inch) erhalten, die mit den Aluminium gefüllten öffnungen in Berührung stehen und voneinander elektrisch isoliert sind. Zur Verbesserung des elektrischen Kontaktes wird das Plättchen anschließend erhitzt, wie das vorhergehende Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Source-, Drain- und Gate-Kontakt werden vor dem Basiskontakt fertiggestellt, wie es bereits oben der Fall ist,

!lach der Erfindung wird also ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate geschaffen, bei dem die an den Kanal angrenzende Source-Zone und Drain-Zone mit dem Gate genau ausgerichtet sind, wobei eine geringe, genau festlegbare Überlappung der Source- und Drain-Zone mit dem Gate eine sehr kurze Kanallänge ermöglicht. Dies ist bei den bekannten Anordnungen nicht der Fall. Ferner weist der erfindungsgemäße Transistor eine bessere Passivierung des Source- und Drain-Überganges auf. Die erfindungsgemäßen Transistoren werden nach einera verbesserten Verfahren hergestellt, bei dem eine Metallschicht, beispielsweise aus Wolfraa oder Molybdän auf ein mit einem Isolator überzogenen Siliciumplättchen aufgebracht wird, und die Metallschicht anschließend durch einen einzigen fotolithografischen Vorgang mit einem Muster versehen wird, das auch die an den Kanal angrenzenden Teile der Source- und Drain-Öffnung festlegt. Dadurch wird eine automatische Ausrichtung zwischen der an den Kanal angrenzenden Source-Zone und Drain-Zone einerseits und dem Gate andererseits erreicht. Die Überdeckung oder Überlappung kann dabei sehr gering und genau vorhergesehen werden. Dies geschieht durch eine genaue Regelung der Diffusionstemperatur und Diffusionszeit bei der Bildung der Source-Zone und Drain-Zone. Gleichzeitig wird bei dem Verfahren nach der Erfindung eine sehr kurze Kanallänge ermöglicht.

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Claims

- 28 Patentansprüche

1. Feldeffekttransistor, "bestehend aus einem Halbleiterkörper von einem Leitungstyp mit einer im wesentlichen ebenen Breitseite und zwei an diese Breitseite angrenzenden Zonen von einem anderen Leitungstyp, die zwischen sich eine an die Breitseite'angrenzende Kanalzone begrenzen und mit dem Halbleiterkörper unsymmetrisch leitende Übergänge bilden, die in Form von geschlossenen geometrischen Küstern die Breitseite durchschneiden, und mit einer auf der Breitseite des Halbleiterkörpers aufgebrachten Schicht aus Isoliermaterial, die ein solches Muster aufv/eist, daß sie die Schnittstellen der Übergänge mit der Breitseite und den gesamten nicht von den geschlossenen geometrischen Mustern umfaßten Bereich der Breitseite überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Isolierschicht eine Schicht aus einem schwer schmelzbaren Metall aufgebracht ist, daß das Muster dieser Metallschicht an denjenigen Stellen, die an die Kanalzone angrenzen, mit dem Muster der Isolierschicht übereinstimmt und daß an den beiden in ihrem Leitungstyp modifizierten Zonen sowie an dem über dem Raum zwischen den beiden im Leitungstyp modifizierten Zonen angeordneten Teil der gemusterten Metallschicht und an dem nicht modifizierten Teil des Halbleiterkörpers vom einen Leitungstyp elektrische Kontakte angebracht sind.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die gemusterte Metallschicht mit einer weiteren Isolierschicht überzogen ist und daß zur elektrischen Kontaktierung der Zonen Öffnungen in diese Isolierschicht eingeschnitten sind.

3. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Isolierschicht aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid 'oder aus mehreren von diesen Stoffen besteht.

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BAD OBlGlNAt

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4. transistor nach Anspruch. 2, dadurch gekenn zeichnet , daß die beiden Isolierschichten aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid oder aus beiden Stoffen bestehen.

5. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die lie tails chi cht aus Molybdän oder Wolfran besteht.

ι ό. Transistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschicht aus Molybdän oder Wolfram besteht.

7. Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Halbleiterkörper von einem Leitungstyp, mit einer an die eine 3reitseite des Halbleiterkörpers angrenzenden Source-Zone und Drain-Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp, die zwischen sich einen an die Breitseite angrenzenden Kanal im Halbleiterkörper begrenzen, und mit einer dieser Breitseite des Halbleiterkörpers benachbarten Gate-Elektrode,, die den Kanal überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Breitseite des Halbleiterkörpers eine dünne Schicht aus einem Isoliermaterial aufgebracht wird, daß die Isolierschicht mit einer Schicht aus einem elektrischen Leiter überzogen v/ird, der bei den Aktivator-Diffusionstemperaturen mit dem Isoliermaterial keine Reaktion eingeht, daß die elektrisch leitende Schicht und die Isolierschicht mit einem Muster versehen werden, daß dieses Muster elektrisch leitende Restbereiche aufweist, die das Gate bilden und an den Kanal angrenzende Bereiche der Source und Drain festlegen, daß zur Bildung der Source-Zone und der Drain-Zone durch die mit einem Muster versehenen Schicht eine Aktivatorverunreinigung in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, die die an die Oberfläche oder Breitseite angrenzenden Zonen des Halbleiterkörpers in Zonen vom entgegengesetzten Leitungstyp umformt, und daß an der Source-Zone, der Drain-Zone und dem Gate-Elektrodenteil der gemusterten leitenden Schicht elektrische Kontakte angebracht werden.

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8. Verfahren nach. Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Aktivatorverunreinigung in den Halbleiterkörper durch Diffusion von einer zuvor aufgebrachten Schicht mit einer an Aktivatoren angereicherten Isolierschicht gelangt, die erhalten bleibt und einen Schutzüberzug fur den Ealbleiterkörper bildet.

9. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Isolierschicht Siliciumoxid, Siliciumnitrid und Siiiciuraoxynitrid einzeln oder in beliebiger Reihenfolge enthält, wobei ein oder mehrere Stoffe wiederholt auftreten .können.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch

e k e η η -

zeichnet

daß die isolierschicht eine erste Schicht

aus Siliciumdioxid und eine zweite Schicht mit Siliciumnitrid enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Isolierschicht aus Siliciumdioxid besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschicht aus Molybdän oder Wolfram besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Gate-Elektrode eine der an die Oberfläche angrenzenden, in ihrem leitungstyp modifizierten Zonen seitlich vollkommen umgibt.

14. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Bildung der Source- und Drain-Zone die Gate-Elektrode als Diffusionsmaske dient.

BAD

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15. V^i-Jaiirer. nach Anspruch 7, d a d u r c L gekennzeichnet , daß zur Vermeidung einer übermäßigen Überlappung un.i zur Erzielung einer minimalen Zvrischenzonenkapäzität d'er Diffus ions schritt mit einer solchen Temperatur und
einer solchen Zeitdauer ausgeführt wird, daß die Verunreinigungen nur ur ein geringes Stück seitwärts in den Halbleiterkörper eindiffundieren.

BAD ORIGINAU

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