DE1965799C3

DE1965799C3 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE1965799C3
Application number: DE1965799A
Authority: DE
Inventors: David Phythian Stanmore Middlesex Robinson (Grossbritannien)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-12-31
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DE1965799A1; JPS4816034B1; ZA698728B; AT311420B; SE347392B; DE1965799B2; BE743829A; US3650019A; BR6915650D0; GB1244225A; FR2027452A1; NL6919463A; CH514935A; FR2027452B1; ES374906A1; DK125220B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, bei dem auf einen Teil einer Oberfläche eines Halbieiterkörpers eine Metallschicht angebracht wird, die den Halbleiterkörper kontaktiert und die bei einer anschließenden Implantation von Ionen eines Dotierungselementes in den Halbleiterkörper, die der Veränderung seiner elektrischen Eigenschaften dient, auf der Halbleiterkörperoberfläche verbleibt und nach dem lonenbeschuß zur Ausbildung von Elektroden und/oder elektrischen Verbindungen verwendet wird.

Ein solches Verfahren ist bekannt aus der Zeitschrift »Electronics« Vol. 41 (1968) Nr. 23, S. 53-S.56.

Unter Dotierungselementen sind in dieser Anmeldung nicht nur Elemente zu verstehen, die den Leitungstyp (p oder n) bestimmen, sondern auch Elemente, die andere elektrische Eigenschaften bestimmen, wie z. B. Gold, das eine Änderung der Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern herbeiführt, usw.

In der genannten Veröffentlichung ist die Bildung mindestens der benachbarten, einander am nächsten liegenden Enden der Source- und Draingebiete und somit die Definition des zwischenliegenden stromführenden Kanalgebietes durch Implantation von Ionen eines Dotierungslements vom anderen Leitungstyp in einen Halbleiterkörper vom einen Leitungstyp beschrieben, wobei eine zuvor angebrachte, als isolierte Gateelektrode dienende Metallschicht während der Implantation als Maske verwendet wird. Bei diesem Verfahren werden die äußeren Teile der Source- und Draingebiete in einem ersten Schritt durch Diffusion oder Ionenimplantation gebildet. Dann werden in einer Isolierschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers öffnungen angebracht, in denen Metallschichten angebracht werden, die als Source- und Drainelektroden dienen, vvährend eine als Gateelektrode dienende Metallschicht auf der Isolierschicht zwischen den äußeren Teilen der Source- und Draingebiete angebracht wird, ohne daß sie diese Gebiete überlappt. Anschließend erfolgt die Ionenimplantation vorzugsweise durch die Teile der Isolierschicht hin, die nicht von den als Maske dienenden Elektrodenmetallschichten bedeckt sind. Durch diesen Implantationsschritt werden die Source- und Draingebiete in Richtung aufeinander hin erweitert und wird zwischen diesen Gebieten ein stromführendes Kanalgebiet definiert, dessen Länge praktisch der seitlichen Abmessung der darauf liegenden als isolierte Gateelektrode dienenden Metallschicht entspricht. Dieses Verfahren wird als »Autoregistrierungsverfahren« bezeichnet und sein wesentlicher Vorteil besteht in der Anbringung eines Feldeffekttransistors mit isolierter Gateelektrode, der eine sehr niedrige Gate-Drainkapazität aufweist, weil die Überlappung zwischen der Gateelektrode und dem Draingebiet in Bezug auf eine Feldeffekttransistorstruktur mit isolieiier Gateelektrode, in dem die Source- und Draingebiete lediglich durch Diffusionstechniken gebildet werden, besonders niedrig ist Auch können durch dieses Verfahren Kanalgebiete mit genau bestimmten Abmessungen und geringer Länge erhalten werden.

ίο Ein sich bei dem obenerwähnten Autoregistrierungsverfahren ergebendes Problem bezieht sich auf die unerwünschte Einwirkung einer elektrischen Ladung auf die Elektrodenmetallschichten während der Implantation. In diesem Zusammenhang ist es besonders wichtig, daß sich nicht in erheblichem Maße Ladung auf der Gateelektrodenmetallschicht auibaut, weil dadurch ein Durchschlag der Isolierschicht zwischen der Gateelektrodenmetallschicht und dem unterliegenden Teil des Halbleiterkörpers herbeigeführt werden kann.

Um diese Aufladung zu verhindern, ist es möglich, die Source, Drain- und Gateelektrodenmetallschichten nur teilweise vor der Implantation zu definieren, d. h. daß diese Schichten aus einer gemeinsamen Metallschicht gebildet werden, die durch einen Photomaskierungs- und Ätzschritt definiert wird, wobei ein Teil frei gelassen wird, der die gesonderten Metallschichtteüe miteinander verbindet. Während der Ionenimplantation können die gesonderten Metallschichten somit auf dem gleichen Potential wie ein Substratteil des Halbleiterkörpers, z. B. auf Erdpotential, gehalten werden, dadurch, daß der Außenteil der gemeinsamen Metallschicht und der Substratteil an einen Erdungspunkt auf dem Ionenbeschleuniger gelegt werden. Nach Ionenimplantation wird ein weiterer Photomaskierungs- und

Ätzschritt durchgeführt, wodurch schließlich die gemeinsame Metallschicht definiert wird und die Source-, Drain- und Gateelektrodenmetallschichtteile von dem äußeren Verbindungsteil getrennt werden.
Dieses Verfahren zur Verhinderung von Aufladung der Elektroden eignet sich zur Anwendung bei Feldeffekttransistorstrukturen mit isolierter Gateelektrode, die eine einfache Elektrodengeometrie aufweisen, aber dann ist woh! ein weiterer Photomaskierungs- und Ätzschritt nach der Ionenimplantation erforderlich.

Auch kann für komplexere Feldeffekttransistorstrukturen mit isolierter Gateelektrode das beschriebene Verfahren zur Verhinderung von Aufladung der Elektroden nicht immer verwendet werden. Dies gilt namentlich für gewisse Feldeffekttransistoren mit doppelter Gateelektrode, die sogenannten Feldeffekttransistoren mit isolierter Gateelektrode vom Tetrodentyp.

Ein Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode vom Tetrodentyp, wie er z. B. in der GB-PS 10 37 850 beschrieben wurde, enthält ein Zwischengebiet vom anderen Leitungstyp im Halbleiterkörper vom einen Leitungstyp, welches Zwischengebiet zwischen den Source- und Draingebieten vom anderen Leitungstyp liegt. Eine erste isolierte Gateelektrode, die als Eingang dient, gehört zu dem stromführenden Kanalgebiet zwischen dem Sourcegebiet und dem Zwischengebiet, während eine zweite isolierte Gateelektrode, die als Abschirmung dient, zu einem stromführenden Kanalgebiet zwischen dem Zwischengebiet und dem Draingebiet gehört. Dieses Bauelement kann eine verhältnismäßig niedrige Rückkopplungskapazität aufweisen. Das beschriebene Autoregistrierungsverfahren kann bei der Herstellung derartiger Feldeffekttransistoren mit iso-

lierter Steuerelektrode vom Tetrodentyp angewandt werden. Das letztere Verfahren zur Verhinderung von Aufladung der Elektroden eignet sich aber weniger gut zur Anwendung bei der Herstellung einer derartigen Struktur, weil die Verbindungsteile der zusammengesetzten Metallschicht einschließlich der Source-, Drain- und Gateelektrodenteile als Maskierung gegen Implantation in die unterliegenden Teile des Halbleiterkörpers wirken und sich diese Verbindungsteile infolge der komplexeren Gateelektrodenstruktur über Oberflächenteilen des Körpers befinden können, in die Ionen implantiert werden sollen.

Aus »Solid State Electronics« Vol. 7 (1964), Nr. 6, S. 487 ist weiter die Verwendung einer Molybdänsclucht als Maskierung gegen Ionenbeschuß in einer Glimmentladung bekannt Dabei befinden sich aber während des Ionenbeschusses keine Elektroden auf dem Halbleiterkörper.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Aufladung von auf dem Halbleiterkörper befindlichen Metallschichtteilen während des Ionenbeschusses zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Ionenbeschuß sowohl auf die Oberfläche von Fensterbereichen des Halbleiterkörpers, durch die hindurch implantiert werden soll, als auch auf oder unter die Metallschicht eine zusammenhängende, aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Schutzschicht angebracht wird, deren Dicke und Zusammensetzung derart gewählt wird, daß die Ionen durch die Schutzschicht hindurch in den Halbleiterkörper eindringen können, daß während der Ionenimplantation die Schutzschicht und ein Substratteil des Halbleiterkörpers auf einem Potential gehalten werden, das eine Aufladung der Metallschicht verhindert, und daß nach der Ionenimplantation die freiliegenden Teile der Schutzschicht so entfernt werden, daß praktisch kein weiteres Material abgetragen wird.

Durch dieses Verfahren läßt sich auf verhältnismäßig einfache Weise verhindern, daß die erwähnte Metallschicht während der Ionenimplantation aufgeladen wird, weil die Schutzschicht, die sicherstellen muß, daß die erwähnte Metallschicht auf einem gleichen Potential gehalten wird, leicht durch Verbindung mit einem Erdungspunkt auf dem Ionenbeschleuniger an ein geeignetes Potential, z. B. Erdpotential, gelegt werden kann. Ferner können durch dieses Verfahren vor der Ionenimplantation verhältnismäßig komplexe Elektrodenschichtstrukturen auf der Oberfläche gebildet werden, wobei es nicht mehr erforderlich ist, daß ein weiterer Schritt zum Definieren der Metallelektrodenschichten nach der Implantation durchgeführt wird.

Normalerweise wird der Substratteil eines Halbleiterkörpers dadurch auf Erdpotential gehalten, daß er mit einem Erdungspunkt auf dem Ionenbeschleuniger verbunden wird.

Die erwähnte Metallschicht kann als auf der Halbleiteroberfläche liegende Metallelektrodenschichten und/oder als auf einer Isolierschicht auf der Halbleiteroberfläche liegende Metallelektrodenschichten ausgebildet sein. Die angebrachte Schutzschicht halt die erwähnten Elektrodenschichten während der Ionenimplantation auf einem praktisch konstanten Poiential. Die Abmessungen jeder Metallelektrodenschicht können praktisch völlig vor der Anbringung der Schutzschicht und der dann erfolgenden Ionenimplantation hergestellt werden.

Durch die Entfernung der Schutzschicht nach der Ionenimplantation werden die erwähnten Metallelektrodenschichten wieder freigelegt. Im Vergleich zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Verhinderung von Aufladung der Metallelektrodenschichten, bei dem die erwähnten Schichten nur teilweise vor der Implantation definiert werden, hat das dieses Verfahren also den Vorteil, daß ein weiterer Photomaskierungsschritt nach der Implantation nicht erforderlich ist. ίο Die Metallelektrodenschichten können in einer derartigen Zusammensetzung und Dicke aufgebracht werden,, daß die Ionen praktisch nicht durch diese als Maskierung während der Ionenimplantation wirkenden Schichten hindurchdringen.

Die Isolierschicht kann mit einer derartigen Zusammensetzung und Dicke angebracht werden, daß Ionen, die durch die darauf liegende Schutzschicht dringen, auch durch die Isolierschicht hindurch in den Halbleiterkörper eindringen.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden bei einem Halbleiterbauelement, das ein Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode ist, die auf der Halbleiterkörperoberfläche liegenden Metallelektrodenschichten als Source- und Drainelektroden und die auf der Isolierschicht liegenden Metallelektrodenschichten als mindestens eine gegen den Halbleiterkörper isolierte Gateelektrode ausgebildet, und durch die Implantation von Ionen eines Dotierungselements vom anderen Leitungstyp in den Halbleiterkörper vom einen Leitungstyp die Enden der Source- und Draingebiete vom anderen Leitungstyp gebildet, wodurch mindestens ein Kanalgebiet zwischen diesen Gebieten definiert wird, dessen Länge praktisch der seitlichen Abmessung der daraufliegenden Gateelektrode entspricht.

Dieses Verfahren läßt sich somit vorteilhaft bei Autoregistrierungsverfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit isolierter Gateelektrode verwenden.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Gateelektrodenmetallschicht auf die Isolierschicht aufgebracht wird, daß durch die Implantation in den Halbleiterkörper vom einen Leitungstyp als Bereiche vom anderen Leitungstyp mindestens die benachbarten Enden des Sourcegebietes und eines Zwischengebietes sowie mindestens die benachbarten Enden des Zwischengebietes und des Draingebietes gebildet werden, wodurch ein erstes Kanalgebiet definiert wird, dessen Länge praktisch der seitlichen Abmessung der darauf liegenden ersten isolierten Gateelektrode entspricht, und auch ein zweites Kanalgebiet definiert wird, dessen Länge praktisch der seitlichen Abmessung der darauf liegenden zweiten isolierten Gateelektrode entspricht Vorzugsweise wird das Zwischengebiet praktisch völlig durch Implantation gebildet

Bei den erwähnten Verfahren durch das ein Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode hergestellt wird, können von dem Kanalgebiet entfernte Teile der Source- und Draingebiete durch einen Diffusionsschritt vor der Anbringung der Metallelektrodenschichten gebildet werden und die Ionenimplantation des Dotierungselements vom anderen Leitungstyp derart durchgeführt werden, daß sich diese Source- und Draingebietsteüe in dem Halbleiterkörper in Richtung aufeinander hin erweitern.

Der elektrische Kontakt zwischen der Schutzschicht und einem Substratteil des Halbleiterkörpers kann übei

eine Metallklemme hergestellt werden. Auch kann vorteilhaft die Halbleiteroberfläche wenigstens teilweise mit einer Isolierschicht überzogen werden, vor der Anbringung der Schutzschicht in der Isolierschicht eine öffnung gebildet werden, durch die ein Substratteil des Halbleiterkörpers freigelegt wird, und die Schutzschicht auch in der öffnung angebracht werden. Die öffnung in der Isolierschicht kann als Gitter ausgebildet werden, wodurch eine Anzahl von Halbleiteroberflächenteilen erhalten werden, die je ein einzelnes Schaltungselement oder eine Anzahl miteinander verbundener Schaltungselemente enthalten.

Als Schutzschicht kann eine Metallschicht angebracht werden. Für die Schutzschicht und die Metallelektrodcnschichten kann das gleiche Metall verwendet werden, wobei für die Schutzschicht eine erheblich geringere Dicke als für die Metallelektrodenschichten gewählt wird und die Schutzschicht nach der Ionenimplantation durch Ätzen entfernt wird. Der Halbleiterkörper kann aus Silicium bestehen und die Schutzschicht und die Metallelektrodenschichten können aus Aluminium hergestellt werden.

Die Schutzschicht kann vorteilhaft aus Titan und die Metallelektrodenschichten aus einem anderen Metall hergestellt werden. Bei einer weiteren Ausbildung des Verfahrens besteht der Halbleiterkörper aus Silicium und die Metallelektrodenschichten werden aus einer ersten Schicht aus Molybdän und einer zweiten, darauf liegenden Schicht aus Gold, hergestellt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil einer Halblciterplatte, in der eine Anzahl von Feldeffekttransistoren mit isolierter Gateelektrode vom Tetrodentyp gebildet sind;

F i g. 2 schematisch einen Querschnitt durch einen Teil der Halbleiterplatte nach F i g. 1 längs der Linie H-Il der Fig. 1;

F i g. 3—5 ähnliche Querschnitte durch denselben Teil der Halbleiterplatte in verschiedenen Stufen der Herstellung des Transistors.

Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich gezeichnet. Dies trifft insbesondere für die Abmessungen in der Dickenrichtung zu. Entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet

Die Halbleiterplatte nach den Fi g. 1 und 2 hat einen Durchmesser von etwa 2,5 cm und enthält einen p⁺- Substratteil 1 aus einkristallinem Silicium mit einem spezifischen Widerstand von Ο,ΟΙΩ cm und einer Dicke von etwa 200 μπι. Auf dem Substratteil 1 befinden sich eine p-leitende epitaktische Schicht 2 mit einem spezifischen Widerstand von 10Ωαη und einer Dicke von etwa 10 μπι. Auf der Oberfläche 3 der epitaktischen p-leitenden Schicht liegt eine thermisch angewachsene Siliciumoxydschicht 4 mit einer Dicke von etwa 0,1 μΐη. Eine Anzahl, etwa tausend, Feldeffekttransistoren mit isolierter Gateelektrode vom Tetrodentyp befinden sich in der epitaktischen Schicht 2 und enthalten je ein kleines η+-Sourcegebiet 5, 6, ein n+-Draingebiet 7, 8 und ein η-leitendes Zwischengebiet 9. Eine Sourceelektrodenmetalischicht 11 bildet einen ohmschen Kontakt mit einem Oberflächenteil des Teiles 5 des Sourcegebietes, erstreckt sich weiter über die Siliciumoxydschicht 4 und endet auf der Siliciumschicht in einer Kontaktfläche mit vergrößerter Oberfläche, die in Fig. 1 mit 5 bezeichnet ist Eine Drainelektrodenmetallschicht 12 bildet einen ohmschen Kontakt mit einem Oberflächenteil des Teiles 7 des Draingebietes, erstreckt sich weite über die Siliciumoxydschicht 4 und endet auf de Siliciumoxydschicht 4 in einer in F i g. 1 mit / bezeichneten Kontaktfläche mit vergrößerter Oberflä , ehe. Eine erste Gateelektrodenmetallschicht 14 befinde sich auf der Siliciumoxydschicht 4 zwischen dei benachbarten Enden des Teiles 6 des Sourcegebicte und dem Zwischengebiet 9, erstreckt sich weiter übe die Siliciumoxydschicht 4 und endet in einer in Fig.

ίο mit <7| bezeichneten Kontaktfläche mit vergrößerte Oberfläche. Eine zweite Gateelektrode 15 liegt au einem Teil der Siliciumoxydschicht 4 zwischen dei benachbarten Enden des Teiles 8 des Draingebietes un< dem Zwischengebiet 9, erstreckt sich weiter über dii Siliciumoxydschicht4und endet in einer in Fig. 1 mit G bezeichneten Kontaktfläche mit vergrößerter Oberflä ehe.

Das Sourcegebiet 5,6 enthält einen diffundierten, mi Phosphor dotierten Sourcegebietteil 5, wobei de pn-übergang zwischen dem Sourcegebietteil 5 und de epitaktischen Schicht 2 sich in der epitaktischen Schich bis zu einer Höchsttiefe von etwa 2 μτη von de Oberfläche her erstreckt. Das Sourcegebiet enthäl ferner einen mit Ionen implantierten Sourcegebietteil ( mit einer implantierten Phosphorkonzentration, wöbe der pn-übergang zwischen dem Sourcegebietteil 6 unc der epitaktischen Schicht 2 sich in der epitaktischci Schicht 2 bis zu einer Höchsttiefe von etwa 0,5 μηι vot der Oberfläche 3 her erstreckt. Auf ähnliche Weis« enthält das Draingebiet 7, 8 einen diffundierter Draingebietteil 7 mit einer Phosphordotierung, wöbe der pn-Übergang zwischen dem Draingebietteil 7 unc der epitaktischen Schicht 2 sich in der epitaktischei Schicht 2 bis zu einer Höchsttiefe von etwa 2 μπι vor der Oberfläche 3 her erstreckt. Das Draingebiet enthäl ferner einen mit Ionen implantierten Draingebietteil ! mit einer dotierten Phosphorkonzentration, wobei dei pn-Übergang zwischen dem Draingebietteil 8 und dei epitaktischen Schicht 2 sich in der epitaktischen Schich 2 bis zu einer Höchsttiefe von etwa 0,5 μιη von dei Oberfläche 3 her erstreckt

Das η-leitende Zwischengebiet 9 enthält ein« implantierte Phosphorkonzentration, wobei der pn Übergang zwischen dem Zwischengebiet 9 und dei epitaktischen Schicht 2 sich bis zu einer Höchsttiefe vor etwa 0,5 μίτι von der Oberfläche 3 her erstreckt Zwischen den benachbarten Enden des Sourcegebiete; 5,6 und dem Zwischengebiet 9, d. h. zwischen den Ender des mit Ionen implantierten Sourcegebietteils 6 und den· mit Ionen implantierten Zwischengebiet 9 befindet sich ein stromführendes Kanalgebiet 16, das an di« Oberfläche 3 grenzt und eine Dicke aufweist, dit praktisch gleich der entsprechenden seitlichen Abmessung der darauf liegenden Gateelektrode 14, und zwai etwa gleich 3 μιη ist Zwischen den benachbarten Ender des Draingebietes 7,8 und dem Zwischengebiet 9, d. h zwischen den benachbarten Enden des mit loner implantierten Draingebietteils 8 und dem mit Ioner implantierten Zwischengebiet 9, befindet sich eir stromführendes Kanalgebiet 17, das an die Oberfläche 3 grenzt und eine Länge aufweist die praktisch gleich dei entsprechenden seitlichen Abmessung der daraul liegenden Gateelektrode 15, d. h. etwa gleich 3 μιη, ist Der seitliche Abstand zwischen den Gateelektroder 14 und 15 in dem in F i g. 2 gezeigten Teil beträgt etwa 4 μπι, was praktisch der Länge des n-leitenden Zwischengebietes 9 in dem in Fig.2 gezeigten Teil nahezu entspricht Der Abstand zwischen benachbarter

Rändern der Sourceelektrodenmetallschicht 11 und der ersten Gateelektrodenmetallschicht 14 ist etwa 5 μηι. Auf entsprechende Weise ist der Abstand zwischen benachbarten Rändern der Drainelektrodenmetallschicht 12 und der zweiten Gateelektrodenmetallschicht ί 115 gleichfalls etwa 5 μπι.

Die Elektrodenmetallschichten II, 12, 14 und 15 bestellen alle aus Aluminium mit einer Dicke von etwa

1 μιτι. Die Oberflächenkonzentration des Phosphors in dem Sourcegebietteil 5 und in dem diffundierten Draingebietteil 7 ist etwa 10²⁰ Atome/cm³. Der Flächenwiderstand des mit Ionen implantierten Sourcegebietteils 6 und des mit Ionen implantierten Draingebietteils 8 beträgt etwa 250Ω.

Einzelne Feldeffekttransistorbausteine mit isolierter Gateelektrode vom Tetrodentyp werden aus der Platte durch eine öffnung in der Siliciumoxydschicht 4 in Form eines Gitters 18 (siehe Fig. 1) gebildet, durch die die Oberfläche 3 der p-leitenden epitaktischen Schicht 2 freigelegt wird. Dann wird die Platte längs der auf der Oberfläche 3 im Gitter 18 angebrachten Kratzbahnen gebrochen, so daß eine Anzahl einzelner Feldeffekttransistorbausteine erhalten werden, die dadurch weiter verarbeitet werden können, daß sie auf einem Träger angebracht werden.

Die Herstellung des Bauelements nach den F i g. 1 und

2 wird nachstehend an Hand der F i g. 3—5 beschrieben. Es wird von einem ρ+ -Substratteil 1 ausgegangen, auf dem eine ΙΟμιτι dicke p-leitende epitaktische Schicht 2 angebracht ist, wobei der Substratteil 1 und die epitaktische Schicht 2 die bereits erwähnten Dotierungen aufweisen. Auf die Oberfläche 3 der epitaktischen Schicht 2 wird thermisch eine Siliciumoxydschicht mit einer Dicke von etwa 0,5 μιη aufgewachsen. In der Schicht 21 werden zwei öffnungen angebracht, und in die freigelegten Oberflächenteile wird Phosphor hineindiffundiert, wodurch der Sourcegebietteil 5 und der Draingebietteil 7 gebildet werden. Während der Diffusion wird eine phosphorhaltige Siliciumoxydschicht 22 auf den freigelegten Teilen gebildet, während die Schicht 2! auch etwas verdickt wird. F i g. 3 zeigt den Halbleiterkörper nach diesem Phosphordiffusionsschritt.

Die Siliciumoxydschicht 21,22 wird dann durch Ätzen entfernt, wonach eine neue Siliciumoxydschicht 4 mit einer Dicke von etwa 0,1 μπι thermisch auf. die Oberfläche 3 aufgewachsen wird. In der eben aufgewachsenen Siliciumoxydschicht 4 werden öffnungen angebracht, so daß Oberflächenteile des Sourcegebietteiles 5 und des Draingebietteiles 7 freigelegt werden. Die beschriebene Gitteröffnung 18 wird auch in dieser Stufe gebildet. Eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 1,0 μπι wird anschließend auf der ganzen Oberfläche niedergeschlagen. Durch einen Photomaskierungs- und Ätzschritt werden Teile der Aluminiumschicht entfernt, so daß die Sourceelektrodenschicht 11 mit der Kontaktfläche 5, die Drainelektrodenschicht 12 mit der Kontaktfläche D, die erste Gateelektrode 14 mit der Kontaktfiäche C\ und die zweite Gateelektrode 15 mit der Kontaktfiäche Gi verbleiben. Der Querschnitt nach Fig.4 zeigt den Halbleiterkörper nach diesen Bearbeitungen.

Eine Schutzschicht 23 aus Aluminium mit einer Dicke von weniger als 0,1 μιη wird dann auf der Oberfläche der Metallelektrodenschichten U, 12,14 und 15, in der Gitteröffnung 18 und auf den nicht mit den Metallelektrodenschichten überzogenen Teilen der Siliciumoxydschicht 4 niedergeschlagen.

Der Siliciumkörper wird dann in einen lonenimplantationsapparat geseitzt. Die Implantation von Phosphorionen erfolgt durch die dünne Schutzschicht 23 aus Aluminium und durch die Teile der Siliciumoxydschicht 4 hindurch, die von der Schutzschicht 23, aber nicht von den Metallelektrodenschichten 11,12,14 und 15 bedeckt sind, wobei die Metallelektrodenschichten als Maske dienen und verhindern, daß Ionen in die darunterliegenden Teile des Siliciumkörpers eindringen. Während der Implantation ist der Substratteil 1 des Halbleiterkörpers mit einem Erdungspunkt auf dem lonenbeschleuniger verbunden. Dieser Punkt wird vorzugsweise geerdet. Die Metallelektrodenschichten 11,12,14 und 15 bleiben während der Ionenimplantation alle auf Erdpotential, weil die Schutzschicht 23 aus Aluminium alle Metallelektrodenschichten miteinander und ferner mit dem Substralteil 1 über dasjenige Aluminium in der Gitteröffnung 18 verbindet, das mit der epitaktischen Schicht 2 in Kontakt ist. Auf diese Weise wird eine Aufladung der Metallelektrodenschichten 11,12,14 und 15 während der Implantation verhindert, und die Eigenschaften der Siliciumoxydschicht 4, insbesondere derjenigen Teile, auf denen die Gateelektroden 14 und 15 liegen, gehen während der Implantation nicht verloren.

Statt eine Gitteröffnung 18 vorzusehen und darin Aluminium anzubringen, kann der Kontakt zwischen der Schutzschicht 23 und dem Substratteil 1 mittels einer Metallklemme hergestellt werden.

Die Implantationsenergie der Phosphorionen beträgt 100 KeV, die Dosis 10¹⁶ Ionen/cm². Der Siliciumkörper ist derart orientiert, daß die Oberfläche 3, die in der 11 !-Richtung orientiert ist, 8° von der Normale zu der Richtung des lonenbiindels abweicht. Nach Entfernung aus dem lonenimplantationsapparat wird der Siliciumkörper während 30 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre auf etwa 500° C erhitzt.

Nach der Implantation und der Wärmebehandlung ist die in Fig.5 gezeigte Struktur erhalten. Die Implantation ist ein Autotegistrierungsschritt, durch den der Sourcegebietteil 7, der Draingebietteil 8 und der Zwischengebietteil 9 gebildet werden. Die stromführende Kanalgebiete 16 und 17 werden auf diese Weise definiert und diese Gebiete haben infolge der äußerst geringen seitlichen Streuung der Ionen eine Länge, die praktisch den seitlichen Abmessungen der Gateelektrodenschichten 14 bzw. 15 entspricht Ferner trägt die Anbringung der dünnen Schutzschicht aus Aluminium auch zum Erhalten einer Kanallänge bei, die praktisch der seitlichen Abmessung der Gateelektrode entspricht.

Dann wird die dünne Schutzschicht aus Aluminium durch eine leichte Ätzbehandlung entfernt, wobei nahezu nichts von den Metallelektrodenschichten 11, 12, 14 und 15 entfernt wird. Dadurch wird die Struktur nach den F i g. 1 und 2 erhalten. Anschließend werden Kratzbahnen in der Gitteröffnung 18 angebracht, wonach die Platte längs der erwähnten Kratzbahnen gebrochen wird und die gesonderten Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode vom Tetrodentyp fertiggestellt und in einer geeigneten Umhüllung untergebracht werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem der Kalbleiterkörper aus Silicium besteht, besteht die Schutzschicht aus Titan und wird vor der Anbringung der Metallelektrodenschichten angebracht Die Metallelektrodenschichten können in diesem Falle aus einer Platin/Goldstruktur bestehen, d.h. daß sie aus einer ersten Platinschicht auf der Titanschicht und einer

zweiten Goldschicht auf der Platinschicht bestehen. Dieses Verfahren bei dem die Schutzschicht vor dem \nbringen der Metallelektrodenschichten angebracht ,vird, läßt sich auf verhältnismäßig einfache Weise iurchführen. Die Platin/Goldschichten werden vor der Implantation in die Form der Elektroden gebracht. Die Implantation findet durch die freigelegten Teile der ritanschicht hindurch statt. Dann werden die freigelegen Teile der Titanschicht entfernt.

Statt Feldeffekttransistoren mit isolierter Gateelektrode vom Tetrodentyp können auch andere Typen von Feldeffekttransistoren mit isolierter Gateelektrode, insbesondere Transistoren mit komplexer Elektrodengeometrie, hergestellt werden. Ferner können statt Feldeffekttransistoren mit isolierter Gateelektrode auch andere Bauelemente z. B. bipolare Transistoren und integrierte Halbleiterschaltungen, hergestellt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, bei dem auf einen Teil einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers eine Metallschicht angebracht wird, die den Halbleiterkörper kontaktiert und die bei einer anschließenden Implantation von Ionen eines Dotierungselementes in den Halbleiterkörper, die der Veränderung seiner elektrischen Eigenschaften dient, auf der Halbleiterkörperoberfläche verbleibt und nach dem Ionenbeschuß zur Ausbildung von Elektroden und/oder elektrischen Verbindungen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem IonenbeschuB sowohl auf die Oberfläche von Fensterbereichen des Halbleiterkörpers, durch die hindurch implantiert werden soll, als auch auf oder unter die Metallschicht (11,12,14,15) eine zusammenhängende, aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Schutzschicht (23) angebracht wird, deren Dicke und Zusammensetzung derart gewählt wird, daß die Ionen durch die Schutzschicht hindurch in den Halbleiterkörper eindringen können, daß während der Ionenimplantation die Schutzschicht (23) und ein Substratteil des Halbleiterkörpers auf einem Potential gehalten werden, das eine Aufladung der Metallschicht (11, 12, 14, 15) verhindert, und daß nach der Ionenimplantation die freiliegenden Teile der Schutzschicht (23) so entfernt werden, daß praktisch kein weiteres Material abgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht als auf der Halbleiteroberfläche liegende Metallelektrodenschichten (11, 12) und/oder als auf einer Isolierschicht (4) auf der Halbleiteroberfläche liegende Metallelektrodenschichten (14,15) ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen jeder Metallelektrodenschicht (11, 12, 14, 15) vor der Anbringung der Schutzschicht (23) und der anschließenden Ionenimplantation hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalielektrodenschichten (11,12,14,15) in einer derartigen Zusammensetzung und Dicke aufgebracht werden, daß die Ionen praktisch nicht durch diese als Markierung während der Ionenimplantation wirkenden Schichten hindurchdringen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierschicht (4) mit einer derartigen Zusammensetzung und Dicke angebracht wird, daß die Ionen, die durch die darauf liegende Schutzschicht (23) dringen, auch durch die Isolierschicht (4) hindurch in den Halbleiterkörper (2) eindringen.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Halbleiterbauelement ein Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Halbleiterkörperoberfläche liegenden Metalielektrodenschichten als Source- und Drainelektroden (II, 12) und die auf der Isolierschicht (4) liegenden Metallelektroder.schichten als mindestens eine gegen den Halbleiterkörper isolierte Gateelektrode (14, 15) ausgebildet werden, daß durch die Implantation von Ionen eines Dotierungselements vom anderen Leitungstyp in den Halbleiterkörper vorn einen Leitungstyp die Enden der Source- und Draingebiete vom anderen Leitungstyp gebildet werden, wodurch mindestens ein Kanalgebiet zwischen diesen Gebieten definiert wird, dessen Länge praktisch der seitlichen Abmessung der darauf liegenden Gateelektrode entspricht

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Gateelektrodenmetallschicht (14, 15) auf die Isolierschicht aufgebracht wird, daß durch die Implantation in den Halbleiterkörper vom einen Leitungstyp als Bereiche von anderen Leitungstyp mindestens die benachbarten Enden des Sourcegebietes (6) und eines Zwischengebietes (9) sowie mindestens die benachbarten Enden des Zwischengebietes (9) und der Draingebiete (8) gebildet werden, wodurch ein erstes Kanalgebiet (16) denniert wird, dessen Länge praktisch der seitlichen Abmessung der darauf liegenden ersten isolierten Gateelektrode (14) entspricht, und auch ein zweites Kanalgebiet (17) definiert wird, dessen Länge praktisch der seitlichen Abmessung der darauf liegenden zweiten isolierten Gateelektrods (15) entspricht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengebiet (9) völlig durch Implatation gebildet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Kanalgebiet (16,17) entfernte Teile der Source- und Draingebiete (5, 7) durch einen Diffusionsschritt vor der Anbringung der Metalielektrodenschichten (11, 12, 14,15) gebildet werden, und daß die Ionenimplantation des Dotierungselements vom anderen Leitungstyp derart durchgeführt wird, daß sich diese Source- und Draingebietteile in dem Halbleiterkörper in Richtung aufeinander hin erweitern.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Kontakt zwischen der Schutzschicht und einem Substratteil des Halbleiterkörpers über eine Metallklemme hergestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteroberfläche wenigstens teilweise mit einer Isolierschicht überzogen wird, daß vor der Anbringung der Schutzschicht in der Isolierschicht eine öffnung gebildet wird, durch die ein Substratteil des Halbleiterkörpers freigelegt wird, und daß die Schutzschicht auch in der Öffnung angebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung in der Isolierschicht als Gitter ausgebildet wird, wodurch eine Anzahl von Halbleiteroberflächenteilen erhalten werden, die je ein einzelnes Schaltungselement oder eine Anzahl miteinander verbundener Schaltungselemente enthalten.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzsschicht eine Metallschicht angebracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schutzschicht (23) und die Metalielektrodenschichten (U, 12, 14, 15) das gleiche Metall verwendet wird, wobei für die Schutzschicht eine erheblich geringere Dicke als für die Metalielektrodenschichten gewählt wird und die Schutzschicht (23) nach der Ionenimplantation durch Ätzen entfernt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus

Silicium besteht und daß die Schutzschicht (23) und die Metallelektrodenschichten (11, 12, 14, 15) aus Aluminium hergestellt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprik-he 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Titan und die Metallelektrodenschichten aus einem anderen Metall hergestellt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silicium besteht und daß die Metallelektrodenschichten aus einer ersten Schicht aus Molybdän und einer zweiten, darauf liegenden Schicht aus Gold hergestellt werden.