DE1954444A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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DE1954444A1 DE19691954444 DE1954444A DE1954444A1 DE 1954444 A1 DE1954444 A1 DE 1954444A1 DE 19691954444 DE19691954444 DE 19691954444 DE 1954444 A DE1954444 A DE 1954444A DE 1954444 A1 DE1954444 A1 DE 1954444A1
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Description

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Αγ,Ιμ-Μ'-τ:?!.1.. ri:-;iLi.:-TU.E-;:.;.ri:ii;;-1i:'Ä3^^ES , .. Va/RJ
Ar.mcij^ vo...s28,0ktoT3er 1969
'Halbleiterbauelernent"
Die Erfindung bezieht sich aud ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit einem an einer nahezu ebenen Oberfläche angrenzenden Gebiet vom einen Leitfähigkeitstyp, das nachstehend als Substrat bezeichnet wird und in dem sich von der erwähnten Oberfläche her eine Anzahl in Abstand voneinander liegender Elektrodenzonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp erstrecken, die zu den Zu- und Abflusselektroden mindestens dreier in einer Reihe angeordneter auffolgender Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode gehören, wobei eine Abflusselektrode eines der Transistoren der Reihe zugleich
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die Zuflusselektrode des auffolgenden Transistors der Reifte bildet, und wobei sich auf der erwähnten Oberfläche eine Isolierschicht befindet» auf der sich ein Muster von Leiterbahnen erstreckt, das die isolierten Torelektroden der Transistoren enthält, während sich unter den Torelektroden an der erwähnten Oberfläche angrenzende Kanal gebiete befinden, die sich je zwischen den beiden Elektrodenzonen eines Transistors der Reihe erstrecken.
Aus der Schalttechnik sind verschiedene Schaltungen bekannt, bei denen eine Anzahl Feldeffekttransistoren in einem Ring angeordnet sind. Derartige Schaltungen werden Z1B1 als Ringmodulator, als Chopper (Zerhacker) oder als Ringzähler verwendet.
Die Erfindung bezweckt, eine derartige Schaltung in integrierter Form zu schaffen, bei der die Feldeffekttransistoren zu einem gedrängten Gebilde zusammengebaut sind, die Schaltung dennoch eine hohe Güte aufweist» Ihr liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass dies dadurch erreicht werden kann, dass die Feldeffekttransistoren rings um einen Kanalunterbrecher angeordnet werden und das Transistorengebilde ausserdem von einem zweiten Kanalunterbrecher umgeben wird.
Nach der Erfindung ist ein Halbleiterbauelement der eingangs beschriebenen Art dadurch, gekennzeichnet, dass die Elektrodenzonen rings um einen zentral angeordneten ersten Kanalunterbrecher liegen, wobei 41θ Abfluas-
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elektrode des letzten Transistors der Reihe zugleich die Zuflusselektrode des ersten Transistors der Reihe.bildet, während die Elektrodenzonen an der Oberfläche von einem zweiten Kanalunterbrecher umgeben sind, wobei die Kanalgebiete sich je von dem ersten zu dem zweiten Kanalunterbrecher und die Torelektroden sich je über diese beiden Kanalunterbrecher hinaus erstrecken.
Auf diese Weise wird ein gedrängtes Gebilde erhalten, das nur dank dem Vorhandensein der beiden Kanalunterbrecher erzielbar ist. Durch das Vorhandensein dieser Kanalunterbrecher wird verhindert, dass ausser den von den Elektroden gesteuerten Strömen Leckströme zwischen den' Elektrodenzonen fliessen können. Die Elektrodenzonen sind trotz ihres geringen gegenseitigen Abstandes auf einfache Weise gegeneinander isoliert, wodurch die zur Verfügung stehende Oberfläche optimal ausgenutzt werden kann.
Vorzugsweise sind die Kanalgebiete und die Torelektroden mäanderförmig gestaltet, wodurch Kanalgebiete grosser Breite erhalten werden können, ohne dass die Transistoren einen erheblich grösseren Raum beanspruchen.
Die Kanalunterbrecher können auf vielerlei Weise erhalten werden. Bekanntlich spielen bei Kanalbildung oder Inversion an der Halbleiteroberfläche bestimmte Eigenschaften der Isolierschicht, wie die Anzahl Oberflächenzustände und die Ladungskonzentration in der Isolierschicht, «ine wichtige Rolle. Es ist an sich bekannt,
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dass durch örtliche Beeinflussung der Eigenschaften der Isolierschicht Kanalunterbrecher erhalten werden können. Z.B. kann eine Isolierschicht aus Siliziumdioxyd angewandt werden, die örtlich durch thermische Oxydation und zum übrigen Teil durch Niederschlag aus der Dampfphase angebracht ist; die letztere Behandlung kann bei einer viel niedrigeren Temperatur durchgeführt werden. Der übrige Teil kann dann als Kanalunterbrecher wirken. Ferner kann eine Siliziumdioxydschicht z.B. örtlich mit Siliziumnitrid überzogen werden, wobei der gewünschte Unterschied in Eigenschaften durch eine geeignete Nachbehandlung bei verhältnismässig niedriger Temperatur erhalten werden kann. Der mit Siliziumnitrid überzogene Teil der Isolierschicht kann dabei einen Kanalunterbrecher bilden. .
Vorzugsweise sind die Kanalunterbrecher jedoch Oberflächenzonen von dem gleichen einen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat; diese Zonen erstrecken sich von der Oberfläche her im Substrat und weisen eine grössere Verunreinigungskonzentration als dieses Substrat auf.
Derartige Kanalunterbrecher lassen sich auf sehr einfache Weise durch Diffusion erhalten, während die Güte nicht von den erwähnten kritischen Eigenschaften der Isolierschicht abhängig ist, was bei der Herstellung u.a. wegen der grösseren Freiheit in der Wahl der Reihenordnung der unterschiedlichen Behandlung während der Herstellung vorteilhaft ist.
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Eine Ringanordnung von Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode kann u.a. als Zerhacker angewandt werden, wie z.B. in der niederländischen Patentanmeldung 6716623 (PHN 2807) beschrieben worden ist. Die in der erwähnten Patentanmeldung beschriebene Zerhackerschaltung enthält vier Feldeffekttransistoren.
Eine besondere Ausführungsform des Halbleiterbauelements nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe vier Transistoren enthält, wobei der zweite Kanalunterbrecher ein Rechteck umschliesst, während der erste Kanalunterbrecher in der Mitte dieses Rechtecks liegt und jede der Torelektroden sich von einem Eckpunkt des Rechtecks über den ersten Kanalunterbrecher hinaus erstreckt, wobei die Elektrodenzonen und die Torelektroden Kontaktflächen aufweisen, und wobei die Kontaktflächen der Torelektroden an den Eckpunkten des Rechtecks liegen und sich teilweise über den zweiten Kanalunterbrecher hinaus erstrecken, während die Kontaktflächen der Elektrodenzonen sich innerhalb des Rechtecks und in der unmittelbaren Nähe der Mitten'der Seiten des Rechtecks befinden.
Mit dieser gedrängten Struktur wird die zur Verfügung stehende Oberfläche optimal ausgenutzt. In diesem Zusammenhang, sei noch bemerkt, dass ein Halbleiterkristall mit einer integrierten Schaltung meistens eine recht-' eckige und oft sogar ein© quadratisch© Gestalt aufweist. Es ist einleuchtend, dass »it der angegebenen
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die integrierte Schaltung .einen möglichst grossen Teil eines derartigen rechteckigen Kristalls beanspruchen kann. In der Regel werden die Kontaktflächen der Torelektroden sich nur zu einem geringen Teil über den zweiten Kanalunterbrecher hinaus erstrecken, weil die Kapazität den Torelektroden und dem Substrat pro Oberflächeneinheit für die über den stärker dotierten Kanaluntetoreeher liegenden 1MIe der Torelektroden grosser als für die übrigen Teile ist. Ferner kann es im Zusammenhang mit dieser Kapazität günstig sein, wenn eine Isolierschicht verwendet wird, deren Dicke unter den Kontaktflächen grosser als unter dem übrigen Teil der Torelektrode ist.
Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen; ,
Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine Halbleiterbauelement nach der Erfindung,
Fig. 2 schematisch einen Querschnitt längs der Linie II—II der Fig. 1, und
Fig. 3 schematisch einen Querschnitt längs der Linie III-III der Fig. 1.
Die Halbleiterbauelement nach den Figuren 1,2 und 3 enthält einen Halbleiterkörper 1 mit einem an einer nahezu ebenen Oberfläche 2 angrenzenden Gebiet 3 vom einen Leitfähigkeitstyp, das ein Substrat bildet. Im Substrat 3 eratrecken sich von der Oberfläche 2 her eine
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Anzahl in Abstand voneinander liegender Elektrodenzonen 4 - 7, die zu den Zur und Abflusselektroden einer Anzahl in einer Reihe angeordneter auffolgender Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode gehören, wobei die Abflusselektrode eines der Transistoren der Reihe zugleich die Zuflusselektrode des auffolgenden Transistors der Reihe bildet. Auf der Oberfläche 2 ist eine Isolierschicht 8 angebracht (die in Fig* 1 annahmeweise durchsichtig ist, so dass die darunter liegenden Zonen sichtbar sind), auf der sich ein Muster von Leiterbahnen befindet, das die isolierten Torelektroden 9-12 enthält. Unter diesen Torelektroden erstrecken sich an der Oberfläche 2 angrenzende Kanalgebiete 13-16.
Nach der Erfindung sind die Elektrodenzonen 4-7 rings um einen zentral angeordneten Kanalunterbrecher 17 angebracht, wobei die Abflusselektrode des letzten Transistors der Reihe zugleich die Zuflusselektrode des ersten Transistors der Reihe bildet, so dass die Transistoren in einem Ring angeordnet sind, während die Elektrodenzonen 4-7 an der Oberfläche 2 ferner von einem zweiten Kanalunterbrecher 18 umgeben sind.
Die integrierte Schaltung nach den Figuren 1 bis 3 enthält also einen Ring von vier Feldeffekttransistoren. Neben vier Torelektroden 9 - 12 enthält die Halbleiterbauelement vier Elektrodenzonen 4-7» wobei jede der Elektrodenzonen zwei Transistoren des Ringes gemeinsam ist.
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Durch Verwendung der Kanalunterbrecher 17 und 18 wird erreicht, dass die Transistoren in einem geringen gegenseitigen Abstand angebracht werden können, weil das Auftreten unkontrollierter Leckströme zwischen den Elektrodenzonen von den Kanalunterbrechern nahezu völlig verhindert wird. Dadurch kann eine gedrängte Struktur der integrierten Schaltung erzielt werden, ohne dass eine Herabsetzung der Güte der Transistoren infolge des geringen gegenseitigen Abstandes auftritt.
Die Torelektroden 9-12 und die Kanalgebiete 13 - 16 sind mäanderförraig gestaltet, wodurch die Breite der Kanalgebiete im Verhältnis zu dem Flächeninhalt der Elektrodenzonen gross ist. Die mäanderförmigen Kanalgebiete befinden sich zwischen den Elektrodenzonen 4-7» die ein interdigitales Muster bilden.
Die Kanalunterbrecher 17 und 18 sind Oberflächenzonen, die sich von der Oberfläche 2 her im Substrat 3 erstrecken.
Diese Oberflächenzonen 17 und 18 weisen den gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 3 auf, aber haben eine grössere Verunreinigungskonzentration, wodurch Inversion an der Oberfläche dieser Zonen vermieden wird.
Es sei bemerkt, dass die beschriebenen Schaltungen in der Praxis im allgemeinen gleichzeitig in grossen Anzahlen in derselben Halbleiterscheibe hergestellt werden, wonach eine derartige Scheibe in kleinere Ein—
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hexten unterteilt wird. Infolge dieser Unterteilung ist ein Halbleiterkristall mit einer integrierten Schaltung meistens rechteckig und vorzugsweise sogar quadratisch. Auch im vorliegenden Ausführungsbeispiele ist der HaIbleiterkörper 3 rechteckig. Im Zusammenhang mit dieser Form ist es wichtig, dass der Kanalunterbrecher 18 gleichfalls rechteckig gestaltet ist. Dabei liegt der Kanalunterbrecher 17 ih der Mitte des rechteckigen Kanalunterbrechers 18„
Die Torelektroden 9-12 sind mit Kontaktflächen 19 - 22 versehen. Die Elektrodenzonen 4-7 bilden über Fenster in der Isolierschicht 8 einen Kontakt mit Kontaktschichten 23 - 26, wobei durch örtliche Erweiterungen der Kontaktschichten Kontaktflächen gebildet werden.
Die Torelektroden 9 - 12 erstrecken sich von den Eckpunkten des vom Kanalunterbrecher 18 umschlossenen Rechtecks über den zentral angeordneten Kanalunterbrecher 17 hinaus, wobei die Kontaktflächen 19 - 22 an den Eckpunkten des Rechtecks liegen und sich teilweise über dem Kanalunterbrecher 18 befinden. Die örtlichen Erweiterungen der Kontaktschichten 23 - 26 der Elektrodenzonen 4-7 liegen innerhalb des Rechtecks und in unmittelbarer Nähe der Mitten der Seiten dieses Rechtecks.
Mit dieser Struktur kann einen möglichst groseen Teil der Oberfläche des Substrats 3 benutzt werden. Dabei ist es im Zusammenhang mit der Kapazität zwischen den Torelektroden und dem Substrat erwünaeh-t} dass sich
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die Torelektroden nur zu .einem geringen Teil ihrer Oberfläche über den Kanalunterbrecher hinaus erstrecken, weil der über dem stärker dotierten Kanalunterbrecher liegende Teil einen verhältnismässig grossen Beitrag zu dieser Kapazität liefert. Aus demselben Grunde kann er erwünscht sein, dass die Isolierschicht 8 unter den Kontaktflächen 19 - 22 eine grössere Dicke als unter den Torelektroden 9 - 12 aufweist.
Die beschriebene Halbleiterbauelement kann völlig auf in der Halbleitertechnik übliche Weise hergestellt werden. Es kann von einer η-leitende Siliziumscheibe mit einem spezifischen Widerstand von z.B. h Λ.cm ausgegangen werden. Auf dieser Scheibe wird auf übliche Weise eine Siliziumdioxydschicht angebracht, in der durch übliche Photoätztechniken Fenster zur Diffusion der Elektroden zone 4 - 7 angebracht werden können. Diese Elektrodenzonen sind z.B. mit Bor dotiert und haben z.B. eine Qua-. dratswideratand von etwa 125 Ω. / ö und erstrecken sich z.B. bis zu einer Tiefe von etwa 2,5 /um im Substrat 3. Während oder nach der Diffusionsbehandlung werden die Diffusionsfenster durch thermische Oxydation verschlossen. Danach können auf übliche Weise Diffusionsfenster für die "Kanalunterbsjecher 1? und 18 in der Isolierschicht angebracht werden. Diese Oberflächenzonen können z.B. mit Phos-y phor dotiert werden, wobei der Quadratswiderstand der diffundierten Schickt z.B. etwa. 20 jß / Q betragen kann« .
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Nach dieser Diffusionsbehandlung kann die Isolierschicht entfernt werden, wobei gegebenenfalls Teile dieser Schicht an denjenigen Stellen beibehalten werden können, an denen endgültig eine Isolierschicht mit einer grösseren Dicke verlangt wird. Auf der ganzen Oberfläche kann dann eine neue Isolierschicht, z.B. gleichfalls durch thermische Oxydation, angebracht werden. In dieser neuen Isolierschicht, die z.B. eine Dicke von etwa 0,2 /um aufweisen kann, werden dann Kontaktfenster für die Elektrodenzonen, angebracht, während anschliessend z.B. durch Aufdampfen eine leitende Schicht aus z.B. Aluminium angebracht wird. Aus dieser leitenden Schicht kann auf übliche Weise durch Aetzen ein Muster von Leiterbahnen erhalten werden, das die Torelektroden 9-12 mit Kontaktflächen 19-22 sowie die Kontaktschichten 23 - 26 der Elektrodenzonen enthält.
Schliesslich kann der Halbleiterkristall 3 auf übliche Weise in einer üblichen Hülle montiert werden, wobei die Kontaktflächen über Leiter mit den Stiften einer derartigen Hülle verbunden werden können.
Es ist einleuchtend, dass sich die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern dass im Rahmen der Erfindung noch viele Abarten für den Fachmann möglich sind. Z.B. kann statt eines nle±tenden Substrates auch ein p-leitendes Substrat angewandt werden, wobei der Leitfähigkeitstyp der Zonen gleichfalls geändert werden, kann.
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Ferner kann eine Ringechaltung nach der* Erfindung auch einen Teil einer integrierten Schaltung bilden, die noch andere Schaltungselemente enthält. Die Torelektroden und die Elektrodenzonen können dann über auf der Isolierschicht liegende Leiterbahnen mit dem übrigen Teil der Schaltung verbunden sein, wobei die Torelektroderi und die Elektrodenzonen nicht mit Kontaktflächen versehen zu sein brauchen, während das Substrat 3 eine isolierte Insel sein kann. Ferner kann das Substrat 3 durch eine epi— taktische Schicht oder einen Teil derselben gebildet werden, wobei diese epitaktische Schicht auf einer Unterlage von dem gleichen oder dem entgegengesetzten Leitfähigkeit styp angebracht sein kann. Auch können andere HaIb-
III V leitermaterialien, wie Germanium oder A B -Verbindungen, verwendet werden. Die Isolierschicht kann z.B. auch aus Siliziumnitrid oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial bestehen. Die Leiterbahnen können statt aus Aluminium aus einem anderen leitenden Material, wie Molybdän, bestehen, das z.B. mit einer Goldschicht überzogen sein kann.
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Claims (3)

  1. PHN 3633
    Patentansprüche:
    Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit einem an einer nahezu ebenen Oberfläche angrenzenden Gebiet vom einen Leitfähigkeitstyp, das nachstehend als Substrat bezeichnet wird und in dem sich von der erwähnten Oberfläche her eine Anzahl in Abstand voneinander liegender Elektrodenzonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp erstrecken, die zu den Zu- und Abflusselektroden von mindestens drei in einer Reihe angeordneten auffolgenden Feldeffekttransistoren mit, isolierter Torelektrode gehören, wobei eine Abflusselektrode eines der Transistoren der Reihe zugleich die Zuflusselektrode des auffolgenden Transistors der Reihe bildet.,, und wobei sich auf der erwähnten Oberfläche eine Isolierschicht befindet, auf der ein Muster von Leiterbahnen, das die isolierten Torelektroden der Transistoren enthält, angebracht ist, während sich unter den Torelektroden an der erwähnten Oberfläche angrenzende Kanalgebiete befinden, die sich je zwischen den beiden Elektrodenzonen eines Transistors der Reihe erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenzonen rings um einen zentral angeordneten ersten Kanalunterbrecher angebracht sind, wobei die Abflusselektrode des letzten Transistors der Reihe zugleich die Zuflusselektrode des ersten Tränsistora der Reihe bildet,
    ι ■
    während die Elektrodenzonen ah.der Oberfläche von einem zweiten Kanalunterbrecher umgeben aind, wobei die Kanal-
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    gebiete sich, je von dem ersten zu clem zweiten Kanalunterbrecher und die Torelektroden, sich je über diese beiden Kanalunterbrecher hinaus erstrecken.
  2. 2. Halbleiterbauelement nach. Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Kanalgebiete und die Torelektroden mäanderförmig gestaltet sind.
  3. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalunterbrecher Oberflächenzonen vom einen Leitfähigkeitstyp sind, die sich von der Oberfläche her im Substrat erstrecken und eine grössere Verunreinigungskonzentration als das Substrat aufweisen.
    h. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe vier Transistoren enthält, wobei der zweite Kanalunterbrecher ein Rechteck umschliesst, während der erste Kanalunterbrecher in der Mitte dieses Rechtecks liegt und jede der Torelektroden sich von den Eckpunkten des Rechtecks über den ersten Kanalunterbrecher hinaus er-, streckt, und wobei die Elektrodenzonen und die Torelektroden Kontaktflächen aufweisen, wobei die Kontaktflächen der Torelektroden an den Eckpunkten des Rechtecks liegen und sich teilweise über den zweiten Kanalunterbrecher hinaus erstrecken, während die Kontaktflächen der Elektrodenzonen sich innerhalb des Rechtecks und in unmittelbarer Nähe der Mitten der Seiten des Rechtecks befinden.
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    BAD ORlGINAU
DE19691954444 1968-11-02 1969-10-29 Integrierte Halbleiterschaltung mit mindestens drei in Reihe angeordneten Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode Expired DE1954444C3 (de)

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DE1954444A1 true DE1954444A1 (de) 1970-05-06
DE1954444B2 DE1954444B2 (de) 1977-07-14
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DE1954444B2 (de) 1977-07-14
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CH508279A (de) 1971-05-31
GB1282616A (en) 1972-07-19
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