DE2001584B2 - Sperrschicht-Feldeffekttransistor - Google Patents

Description

ladungszone in dem schwach dotierten Halbleiterbereich zwischen der Gatezone und der Kanalzone vom ersten Leitungstyp ausdehnen kann. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Sperrschichtkapazität des die Gatezone begrenzenden pn-Üoerganges sehr klein gehalten wird. Bei einer derartigen Zonenanordnung ist eine gewisse Vorspannung an der Gatezone erforderlich, bevor eine merkliche Kanalabschnürung erfolgt, da die Rauruladi-.ngszone erst nach dem Durchlaufen des schwach dotierten Halbleiterbereiches in die eigentliche Kanalzone eindringt. Da die Dotierung des Halbleiterbereiches zwischen der Kanalzone und der Gatezone jedoch sehr gering gehalten wird, reichen bereits kleine Vorspannungswerte aus, damit die Raumladungszone an die Kanalzone anstößt. Die schwach dotierte Zone dient somit als kapazitätsmindernde Pufferzone, die nicht der Stromführung zwischen der Drain- und der Sourceelektrode dient.

Bei einer planaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors ist die Gatezone beispielsweise allseitig von dem Halbleiterbereich niederer Dotierung umgeben. Die Dotierung der Kanalzone wird beispielsweise 10 mal größer gewählt als die des zwischen der Kanalzone und der Gatezone liegenden Halbleiterbereiches.

Die Erfindung wird im weiteren an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei soll zugleich auch angegeben werden, auf welche Weise die erfindungsgemäßen Halbleiteranorinungen hergestellt werden können.

In der Fig. 1 ist im Schnitt ein mehrschichtiger Halbleiterkörper 1 dargestellt. Die einzelnen Schichten werden vorzugsweise epitaktisch auf einen Halbleitergrundkörper 2 aufgebracht. Zur Fertigung des Feldeffekttransistors wird beispielsweise von einem schwach dotierten η-leitenden und damit hochohmigen Haibleitergrundkörper 2 ausgegangen. Der spezifische Widerstand dieses Grundkörpers, der beispielsweise aus einkristallinem Silizium besteht, liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform bei 100 Ohm cm. Dieser Grundkörper ist gegenüber den darüber angeordneten Halbleiterschichten relativ dick. Die auf dem Grundkörper angeordnete, η-leitende Halbleiterschicht 3 bildet die eigentliche Kanalzone des zu fertigenden Halbleiterbauelementes. Diese Schicht 3 ist beispielsweise 0,1 bis 0,2 μηι dick und hat einen spezifischen Widerstand von 0,1 Ohm cm. Auf der Kanalzone 3 ist eine weitere Halbleiterschicht 4 angeordnet, die den gleichen Leitungstyp wie die Kanalzone und der Haibleitergrundkörper besitzt. Dieser Halbleiterbereich 4 ist schwächer als die Kanalzone dotiert und hat einen spezifischen Widerstand von beispielsweise 1 Ohm cm. Seine Dicke beträgt etwa 1 μηι. Als letzte Halbleiterschicht ist auf dem Bereich 4 eine Zone 5 vom zweiten Leitungstyp angeordnet. Diese bei dem vorliegenden Beispiel dann pleitende Schicht kann durch Diffusion oder durch epitaktische Abscheidung erzeugt werden.

Um zu einer Halbleiteranordnung gemäß der Fig. 2 zu gelangen, wird nun beispielsweise der zentrale Teil der Halbleiteroberfläche mit einer ätzbeständigen Maskierungsschicht abgedeckt.

Diese Maskierungsschicht 6 besteht beispielsweise aus Siliziumdioxyd. Die in der Fig. 1 dargestellte Halbleiteranordnung wird so lange einem selektiven Ätzmittel ausgesetzt, bis zumindest an zwei Stellen der seitliche Randteil der Halbleiterschicht 4 und 5 abgeätzt ist. Danach bleibt gemäß Fig. 2 eine Halbleiteranordnung zurück, bei der auf einem schwach dotierten Haibleitergrundkörper eine höher dotierte Kanalzone 3 angeordnet ist. An dieser Kanalzone

werden die Elektroden 8 und 9 angebracht, die als Source- und Drainelektrode dienen und an der Halbleiteroberfläche durch einen zurückbleibenden mesaförmigen Halbleiterbereich 4a elektrisch voneinander getrennt sind. Dieser mesaförmige Halbleiterbe-

reich 4a besteht aus schwach dotiertem Halbleitermaterial, das an seiner freien Oberflächenseite eine Gatezone 5a aufweist, die mit dem Halbleiterbereich 4a einen pn-Übergang bildet. An die Gatezone wird eine Steuerelektrode 7 angebracht, über die der Halbleiteranordnung das Steuerpotential zugeführt wird. Das Steuerpotential ist derart gewählt, daß der pn-Übergang zwischen der Gatezone 5 a und dem hochohmigen Halbleiterbereich 4a in Sperrichtung beansprucht wird. Dabei dehnt sich vom pn-Übergang

ausgehend in den schwach dotierten Halbleiterbereich 4a eine ladungsträgerfreie Raumladungszone aus, die sich ab einer bestimmten Schwellspannung auch in die Kanalzone 3 hinein erstreckt und diese Kanalzone mehr oder weiniger stark abschnürt.

In der F i g. 3 ist die zu der F i e. 2 äquivalente planare Halbleiteranordnung dargestellt. Es wird wiederum von einem schwach dotierten, n-leitenden Halbleitergrundkörper ausgegangen, auf dem eine beispielsweise 1 bis 2 μηι dicke, höher dotierte, n-lei-

tende Halbleiterschicht angeordnet ist. Die Halbleiteroberfläche ist vorzugsweise mit einer Diffusionsmaskierungsschicht 13, beispielsweise aus Siliziumdioxyd, abgedeckt. In den zentralen Bereich der η-leitenden Halbleiterschicht wird unter Ausnutzung der Maskierungsschicht 13 eine schwach dotierte und η-leitende Halbleiterzone 11 eindiffundiert. Diese Zone 11 wird beispielsweise dadurch gewonnen, daß in die η-leitende Halbleiterschicbt Störstellen in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden, die im HaIbleiterkörper Akzeptoren bilden. Die Konzentration dieser Akzeptoren wird jedoch nur so hoch gewählt, daß keine Umdotierung, sondern nur eine Erhöhung des spezifischen Widerstandes erfolgt. Zwischen dem durch Gegendotierung hergestellten Halbleiterbereich 11 und dem gleichfalls schwach dotierten Haibleitergrundkörper 2 verbleibt die Kanalzone 10, die am Rand des Halbleiterkörpers an zwei Stellen, die durch die Zone 11 und die in die Zone 11 eingelassene Gatezone 12 an der Halbleiteroberfläche voneinander getrennt sind, an die Halbleiteroberfläche angrenzt. An diesen Stellen ist die Kanalzone mit den Elektroden 8 und 9 kontaktiert. Die Gatezone 12 vom p-Leitungstyp wird vorzugsweise durch Diffusion hergestellt. Die Funktionsweise der in der Fig. 3 dargestellten Halbleiteranordnung entspricht der in der Fig. 2 dargestellten Halbleiteranordnung. Diese Zone 11 dient auch hier als kapazitätsmindernde Pufferzone zwischen der eigentlichen Gatezone 12 und der Kanalzone 10.

Es ist selbstverständlich, daß bei den geschilderten Halbleiteranordnungen eine Umkehrung der Leitfähigkeitstypen in den verschiedenen Halbleiterbereichen und Zonen ohne weiteres möglich ist. Außerdem kann an Stelle eines schwach dotierten Halbleitergrundkörpers vom Leitungslyp der Kanalzone auch ein hoch dotierter Haibleitergrundkörper vom zur Kanalzone entgegengesetzten Leitungstyp verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Sperrschicht-Feldeffekttransistor aus einem Halbleiterkörper, der eine mit einer Source- und Drain-Elektrode ohmisch verbundene Kanalzone vom ersten Leitungstyp und eine zwischen Source- und Drain-Elektrode angeordnete, als Gatezone dienende Halbleiterzone vom zweiten Leitungstyp aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kanalzone (10,3) und der Gatezone (5a, 12) ein Halbleiterbereich (4a, 11) vom ersten Leitungstyp angeordnet ist, dessen Dotierung geringer ist als die der Kanalzone, so daß die von dem die Gatezone umgebenden pn-Übergang ausgehende Raumladungszone erst den schwach dotierten Halbleiterbereich (4a, 11) durchdringen muß, bevor die Raumladungszone in die Kanalzone eindringt.

2. Sperrschicht-Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone (3, 10) etwa lOmal stärker dotiert ist als der Halbleiterbereich (4a, 11) niederer Dotierung zwischen der Kanalzone und der Gatezone.

3. Sperrschicht-Feldeffekttransistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem hochohmigen Halbleitergrundkörper (2) vom ersten Leitungstyp eine niederohmige Halbleiterschicht (3) als Kanalzone vom gleichen Leitungstyp angeordnet ist, und daß auf diese Kanalzone zwischen der Source- und der Drainelektrode (8 und 9) ein mesaförmig ausgebildeter Halbleiterbereich vorgesehen ist, der an seiner freien Oberfläche eine Zone (Sa) vom zweiten Leitungstyp aufweist, während der übrige Teil (4a) des mesafürmigen Halbleiterbereiches zwischen der Zone vom zweiten Leitungstyp und der Kanalzone den ersten Leitungsiyp besitzt und eine geringere Dotierung als die Kanalzone aufweist.

4. Sperrschicht-Feldeffekttransistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone vom ersten Leitungstyp, die Gatezone vom zweiten Leitungstyp und der zwischen der Gatezone und der Kanalzone liegende Bereich des Halbleiterkörpers vom ersten Leitungstyp epitaktisch gebildet sind.

5. Sperrschicht-Feldeffekttransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem hochohmigen Halbleitergrundkörper (2) vom ersten Leitungstyp eine niederohmigere Haihieiierscriichi vom gleichen Lcitungsiyp angeordnet ist, daß in diese niederohmige Halbleiterschicht ein Halbleiterbereich (11) des gleichen Leitungstyps jedoch geringerer Dotierung eingelassen ist, zwischen dem und dem Halbleitergrundkörper (2) die Kanalzone (10) verbleibt, und daß in den Halbleiterbereich (11) geringer Dotierung eine als Gatezone dienende Halbleiterzone vom zweiten Leitungstyp eingelassen ist.

6. Sperrschicht-Feldeffekttransistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone einen spezifischen Widerstand von etwa 0.1 Ohm cm während der Halbleiterbercich (11) geringerer Dotierung vom Leitungstyp der Kartone einen spezifischen Widerstand von etwa 1 Ohm cm aufweist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor aus einem Halbleiterkörper, der eine mit einer Source- und Drainelektrode ohmisch verbundene Kanalzone vom ersten Leitungstyp und eine zwischen Source- und Drain-Zone angeordnete, als Gatezone dienende Halbleiterzone vom zweiten Leitungstyp aufwe-st.

Ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor besteht in der Regel aus einem Halbleitergrundkörper, auf den eine

ίο Kanalzone aufgebracht oder in den eine Kanalzone eingelassen ist. Diese Kanalzone weist an der Halbleiteroberfläche zwei ohmsche Elektroden auf, die auch in der deutschen Literatur als Source- und Drainelektrode bezeichnet werden. Diese Begriffe sollen im

:5 weiteren auch in dieser Patentanmeldung verwendet werden. Bei einer bekannten Ausführungsform ist beispielsweise ein n-leitender Kanal von p-leitenden Zonen umgeben. Diese p-leitenden Zonen bilden Steuerzonen, die im weiteren als Gatezonen bezeichnet werden. Bei negativer Vorspannung der Gatezonen gegenüber dem Source-Anschluß wachsen die Sperrschichten der gesperrten pn-Übergänge in den Kanalbereich hinein und verengen den Querschnitt für den Stromfluß. Die Abschnürung geht so weit, bis bei einer bestimmten Steuerspannnng an der Gatezone d*r Stromfluß vollständig unterbunden wird. Ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor kann auch so aufgebaut sein, daß auf einem hochohmigen Halbleitergrundkörper des ersten Leitungstyps eine Kanalzone vom gleichen Leitungstyp jedoch mit höherer Dotierung angeordnet ist. Diese Kanalzone grenzt dann an eine Gatezone des zweiten Leitungstyps an. Der Stromtransport erfolgt im wesentlichen in der relativ niederohmigen Kanalzone, da der extrem hochohmige Halbleitergrundkörper nur einen nicht ins Gewicht fallenden kleinen Stromanteil übernimmt.

Aus der schweizerischen Patentschrift 461 646 ist ein Feldeffektransistor bekannt, der eine zweischichtige Kanalzone aufweist. Hierdurch ergibt sich bei einer Veränderung des Kanalwiderstandes ein gewisser Stufeneffekt. Aus der deutschen Auslegeschrift 1 094 884 ist ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor bekannt, dessen Kanalzone mit den Kanal verjüngenden Einschnitten versehen ist. Bei einer Ausdehnung der

von dem die Gatezone umgebenden pn-Übergang ausgehenden Raumladungszone, wirkt sich dies unmittelbar auf den Kanalwiderstand aus.

Bei den bekannten Sperrschicht-Feldeffekttransistoren ist die Rückwirkungskapazität zwischen der Steuerelektrode an der Gatezone und der Drainelektrode immer noch zu groß, so daß u. a. die Grenzfrequeii/ der bekannten Feldeffekttransistoren nicht in dem gewünschten Ausmaß erhöht werden konnte. Zur Verbesserung der bekannten Feldeffekttransistören und zur Reduzierung der Rückwirkungskapazität wird bei einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor der beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwischen der Kanab.one und der Gatezone ein Halbleiterbereich vom ersten Leitungstyp angeordnet ist, dessen Dotierung geringer ist als die der Kanalzone, so daß die von dem die Gatezone umgebenden pn-Übergang ausgehende Raumladungszone erst den schwach dotierten Halbleiterbereich durchdringen muß. bevor die Raumladungszone in die Kanalzone eindringt.

Durch diese Maßnahme erreicht man, daß sich die von der Gatezone vom zweiten Leitungstyp im Betriebszustand ausgehende ladungsträgerfreie Raum-