DE2001584C3 - Sperrschicht-Feldeffekttransistor - Google Patents

Description

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ladungszone in dem schwach dotierten Halbleiterbe- abgeätzt ist. Danach bleibt gemäß Fig. 2 eine Halbreich zwischen der Gatezone und der Kanalzone vom leiteranordnung zurück, bei der auf einem schwach ersten Leitungstyp ausdehnen kann. Auf diese Weise dotierten Halbleitergrundkörper eine höher dotierte wird erreicht, daß die Sperrschichtkapazität des die Kanalzone 3 angeordnet ist. An dieser Kanalzone Gatezone begrenzenden pn-Überganges sehr klein 5 werden die Elektroden 8 und 9 angebracht, die als gehalten wird. Bei einer derartigen Zonenanordnung Source- und Drainelektrode dienen und an der Halbist eine gewisse Vorspannung an der Gatezone erfor- ieiteroberfläche durch einen zurückbleibenden mesaderlich, bevor eine merkliche Kanaiabschnürung er- förmigen Halbleiterbereich 4a elektrisch voneinander folgt, da die Raumladungszone erst nach dem getrennt sind. Dieser mesaförmige Halbleiterbe-Durchlaufen des schwach dotierten Halbleiterberei- ^lo reich 4a besteht aus schwach dotiertem Halbleiterches in die eigentliche Kanalzone eindringt. Da die material, das an seiner freien Oberflächenseite eine Dotierung des Halbleiterbereiches zwischen der Ka- Gatezone 5a aufweist, die mit dem Halbleiterbenalzone und der Gatezone jedoch sehr gering gehalten reich 4a einen pn-Übergang bildet. An die Gatezone wird, reichen bereits kleine Vorspannungswerte aus, wird eine Steuerelektrode 7 angebracht, über die der damit die Raumladungszone an die Kanalzone an- »5 Halbleiteranordnung das Steuerpotential zugeführt stößt. Die schwach dotierte Zone dient somit als kapa- wird. Das Steuerpotential ist derart gewählt, daß der zirätsmindernde Pufferzone, die nicht der Stromfüh- pn-übergang zwischen der Gatezone 5a und dem rung zwischen der Drain- und der Sourceelektrode hochohmigen Halbleiterbereich 4a in Sperrichtung dient. beansprucht wird. Dabei dehnt sich vom pn-übergang

Bei einer planaren Ausführungsform des erfin- ^a° ausgehend in den schwach dotierten Halbleiterbereich

dungsgemäßen Feldeffekttransistors ist die Gatezone Aa eine ladungsträgerfreie Raumladungszone aus, die

beispielsweise allseitig von dem Halbleiterbereich sich ab einer bestimmten Schwellspannung auch in die

niederer Dotierung umgeben. Die Dotierung der Ka- Kanalzone 3 hinein erstreckt und diese Kanalzone

nalzone wird beispielsweise 10 mal größer gewählt als mehr oder weiniger stark abschnürt,

die des zwischen der Kanalzone und der Gatezone »5 In der Fi g. 3 ist die zu der Fig. 2 äquivalente pla-

liegenden Halbleiterbereiches. nare Halbleiteranordnung dargestellt. Es wird wie-

Die Erfindung wird im weiteren an Hand von zwei derum von einem schwach dotierten, n-leitenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei söü Halbleitergrundkörper ausgegangen, auf dem eine zugleich auch angegeben werden, auf welche Weise beispielsweise 1 bis 2 μτη dicke, höher dotierte, n-leidie erfindungsgemäßen Halbleiteranordnungen her- 3<> tende Halbleiterschicht angeordnet ist. Die Halbleigestellt werden können. teroberfläche ist vorzugsweise mit einer Diffusions-

In der Fig. 1 ist im Schnitt ein mehrschichtiger maskierungsschicht 13, beispielsweise aus Silizium-Halbleiterkörper 1 dargestellt. Die einzelnen Schich- dioxyd, abgedeckt. In den zentralen Bereich der ten werden vorzugsweise epitaktisch auf einen Halb- η-leitenden Halbleiterschicht wird unter Ausnutzung leitergrundkörper 2 aufgebracht. Zur Fertigung des 35 der Maskierungsschicht 13 eine schwach dotierte und Feldeffekttransistors wird beispielsweise von einem η-leitende Halbleiterzone 11 eindiffundiert. Diese schwach dotierten η-leitenden und damit hochohmi- Zone 11 wird beispielsweise dadurch gewonnen, daß gen Halbleitergrundkörper 2 ausgegangen. Der spe- in die η-leitende Halbleiterschicht Störstellen in den zifische Widerstand dieses Grundköipers, der bei- Halbleiterkörper eindiffundiert werden, die im Halbspielsweise aus einkristallinem Silizium besteht, liegt 40 leiterkörper Akzeptoren bilden. Die Konzentration bei einer bevorzugten Ausführungsform bei 100 Ohm dieser Akzeptoren wird jedoch nur so hoch gewählt, cm. Dieser Grundkörper ist gegenüber den darüber daß keine Umdotierung, sondern nur eine Erhöhung angeordneten Halbleiterschichten relativ dick. Die auf des spezifischen Widerstandes erfolgt. Zwischen dem dem Grundkörper angeordnete, η-leitende Halblei- durch Gegendotierung hergestellten Halbleiterbeterschicht 3 bildet die eigentliche Kanalzone des zu 45 reich 11 und dem gleichfalls schwach dotierten Halbfertigenden Halbleiterbauelementes. Diese Schicht 3 leitergrundkörper 2 verbleibt die Kanalzone 10, die ist beispielsweise 0,1 bis 0,2 μπι dick und hat einen am Rand des Halbleiterkörpers an zwei Stellen, die spezifischen Widerstand von 0,1 Ohm cm. Auf der durch die Zone 11 und die in die Zone 11 eingelassene Kanalzone 3 ist eine weitere Halbleiterschicht 4 an- Gatezone 12 an der Halbleiteroberfläche voneinander geordnet, die den gleichen Leitungstyp wie die Kanal- 50 getrennt sind, an die Halbleiteroberfläche angrenzt, zone und der Halbleitergrundkörper besitzt. Dieser An diesen Stellen ist die Kanalzone mit den Elektro-Halbleiterbereich 4 ist schwächer als die Kanalzone den 8 und 9 kontaktiert. Die Gatezone 12 vom p-Leidotiert und hat einen spezifischen Widerstand von tungstyp wird vorzugsweise durch Diffusion hergebeispielsweise 1 Ohm cm. Seine Dicke beträgt etwa stellt. Die Funktionsweise der in der Fig. 3 1 μτη. Als letzte Halbleiterschicht ist auf dem Be- 55 dargestellten Halbleiteranordnung entspricht der in reich 4 eine Zone 5 vom zweiten Leitungstyp ange- der F i g. 2 dargestellten Halbleiteranordnung. Diese ordnet. Diese bei dem vorliegenden Beispiel dann p- Zone 11 dient auch hier als kapazitätsmindernde Pufleitende Schicht kann durch Diffusion oder durch ferzone zwischen der eigentlichen Gatezone 12 und epitaktische Abscheidung erzeugt werden. der Kanalzone 10.

Um zu einer Halbleiteranordnung gemäß der 60 Es ist selbstverständlich, daß bei den geschilderten

Fig. 2 zu gelangen, wird nun beispielsweise der zen- Halbleiteranordnungen eine Umkehrung der Leitfä-

trale Teil der Halbleiteroberfläche mit einer ätzbe- higkeitstypen in den verschiedenen Halbleiterberei-

ständigen Maskierungsschicht abgedeckt. chen und Zonen ohne weiteres möglich ist. Außerdem

Diese Maskierungsschicht 6 besteht beispielsweise kann an Stelle eines schwach dotierten Halbleiteraus Siliziumdioxyd. Die in der Fig. 1 dargestellte 65 grundkörpers vom Leitungstyp der Kanalzone auch Halbleiteranordnung wird so lange einem selektiven ein hoch dotierter Halbleitergrundkörper vom zur Ätzmittel ausgesetzt, bis zumindest an zwei Stellen Kanalzone entgegengesetzten Leitungstyp verwendet der seitliche Randteil der Halbleiterschicht 4 und 5 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 daB die von dom 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 An- " spruch 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 »5 der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem hochohmigen Halbleitergrundkörper (2) vom ersten Leitungstyp eine niederohmige Halbleiterschicht (3) als Kanalzone vom gleichen Leilungstyp 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 (5a) vom zweiten Leitungstyp aufweist, während der übrige Teil (4a) des mesaförmigen Halbieiterbereiches zwischen der Zone vom zweiten Leitungstyp und der Kanalzone den ersten Leitungstyp besitzt und eine geringere Dotierung ais 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 I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß auf einem hochohmigen Halbleitergrundkörper (2) vom ersten Leitungstyp eine niederohmigere Halbleiterschicht vom gleichen Leitungstyp 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 Halbleiterbereich (11) geringerer Dotierung vom Leitungstyp der Kanalzone einen spezifischen Widerstand von etwa I 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 aufweist.

Ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor besteht in der Regel aus einem Halbleitergrundkörper, auf den eine 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 weiteren auch in dieser Patentanmeldung verwendet werden. Bei einer bekannten Ausführungsform ist beispielsweise ein η-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 Steuerspannung an der Gatezone der 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 Halblcitergrundkörper 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 1094 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 Grenzfrequenz der bekannten Feldeffekttransistoren nicht in dem gewünschten Ausmaß erhöht werden konnte.

Zur Verbesserung der bekannten Feldeffekttransistoren und zur Reduzierung der Rückwirkungskapazität wird bei einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor der beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwischen der Kanalzone 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-