DE2047672A1 - Hochfrequenz Feldeffekttransistor - Google Patents

Hochfrequenz Feldeffekttransistor

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DE2047672A1
DE2047672A1 DE19702047672 DE2047672A DE2047672A1 DE 2047672 A1 DE2047672 A1 DE 2047672A1 DE 19702047672 DE19702047672 DE 19702047672 DE 2047672 A DE2047672 A DE 2047672A DE 2047672 A1 DE2047672 A1 DE 2047672A1
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Yasuo Hayashi Yutaka Tokio Tarui
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Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHN DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER
PATENTANWÄLTE
a München aa widenmayerstrasse β
TEL. (0811} 22 25 30-29 5192
Aktenzeichen: P 20 47 672.6
Anmelder : Kogyo Gijutsuin
Uns. Zeichens A 27070-Pp/Sc
(NEUE) BESCHREIBUNG
29. Januar 1971
Hochfrequenz-Feldeffekttransistor
Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Feldeffekttransistor, der keine Epitaxie- und Trennzonen erfordert und für verschiedene integrierte Schaltungen geeignet ist. Es ist allgemein bekannt, daß der Transistor, dessen Strompfad- bzw. Kanallänge durch den Unterschied zwischen den Diffusionslängen von Störstoffen bestimmt wird, ohne direkt durch das Photogravierverfahren beeinflußt zu werden, eine ausgezeichnete Charakteristik bei euperhoher Frequenz hat, da die Kanal- bzw. Strompfadlänge
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läßlich.
um eine Größenordnung kürzer als der Mindestwert (mehrere Mikron) des Transistors bei der herkömmlichen Bauart gemacht werden kann. Bei diesen herkömmlichen Transistoren ist jedoch das sogenannte Aufwachsverfahren und das Trenndiffusionsverfahren (isolating diffusion process) uner-
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Hochfrequenz-Feldeffekttransistors für integrierte Schaltungen, der keine Epitaxie- oder Trennzonen erfordert, die bei den herkömmlichen Transistoren bisher nötig sind.
Ferner soll durch die Erfindung ein Hochfrequenz-Feldeffekttransistor geschaffen werden, der als Bauelement verwendet! werden kann, durch welches eine integrierte Schaltung von hoher Leistung und geringem Substate-Effekt erhalten wird.
Weiter soll durch die Erfindung ein Hochfrequenz-Feldeffekttransistor mit einem schmalen Äbflußgebiet geschaffen werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Transistoraufbau verwendet wird, bei welchem das Trägermaterial aus einem Halbleiter hergestellt ist,
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dessen Störstoff der gleiche wie der der Basiszone ist, und die Störstoffkonzentration der Basiszone von der Qjiellenzone zur Abflußzone verringert ist und an ihrem Übergang zur Abflußzone geringer als diejenige, der letzteren gemacht wird. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen gleiche bzw, äquivalente Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es zeigen:
Fig. 1a
und b scheraatische Ansichten im Schnitt eines
Teiles eines Feldeffekttransistors, dessen Kanallänge durch ein herkömmliches Diffusionsverfahren bestimmt wird;
Fig. 2 eine schematische Ansicht im Schnitt eines erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors;
Fig. 3a,
b,c,d,e,
f u. g Schnittansichten in vergrößertem Maßstab
zu den aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen zur Herstellung einer verbesserten, integrierten Schaltung, in welcher der erfindungsgemäße Transistor angewendet wird; und
Fig. 5h ein Ersatzschaltbild der in Fig. 3g gezeigten integrierten Schaltung.
In Fig. 1a ist ein Beispiel eines herkömmlichen Hochfrequenz-Feldeffekttransistors gezeigt, bei welchem
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die Bezugsziffern 1, 2, j5, 4 und 5 eine Abflußzone, eine Basiszone, deren Leitfähigkeit derjenigen der Abflußzone entgegengesetzt 1st und einen Kanal in ihrer Lage auf der Halbleiteroberfläche bildet, eine Quellezone, eine Torisolierschicht und eine Torelektrode bezeichnen. Zur Anpassung des voreerwähnten Feldeffekttransistors zur Bildung einer integrierten Schaltung, wie In Fig. 1b gezeigt, muß eine Kristallzone 100, die einen Teil der Abflußzone bildet oder die gleiche Leitfähigkeit wie die Abflußzone hat, auf einem Substrat 200 von einem entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp als die Abflußzone gebildet werden, um eine getrennte Zone 1a in der Kristallzone 100 durch Trenndiffusionszonen 2S zu erhalten und einen Aufbau von der in Fig. 1a gezeigten Art in der Zone 1a zu schaffen, was die Notwendigkeit eines Aufwachsverfahrens und eines Trenndiffusionsverfahrens bedingt.
Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß ein Halbleiter vom gleichen Störstofftyp wie der der Basiszone als Substrat verwendet, wodurch die Notwendigkeit eines Aufwachsvorganges vermieden wird. Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt, bei welchem
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die effektive Kanal- bzw. Strompfadlänge durch die Länge Lc der diffundierten Basiszone 2a an der Oberfläche des Halbleiters bestimmt wird. Mit anderen Worten, es ist, wenn die Senkespannung niedrig ist, die Störstoffkonzentration der diffundierten Basiszone 2a höher als diejenige des Substrats 200, so daß, wenn die Torspannung zur Operation erhöht wird, zuerst Ladungsträger an der Oberfläche der Basiszone 2b, die durch einen Teil des Substrats gebildet wird, erzeugt werden und dann Ladungsträger an der Oberfläche der diffundierten Basiszone 2a erzeugt werden, so daß der reelle Wert von gm durch
2a die Länge Lc der Fläche der diffundierten Basiszone/bestimmt wird und das erwähnte gm zunimmt, da der Widerstand des in der Basiszone 2b gebildeten Strompfades bzw. Kanals niedrig ist.
Ferner werden, wenn das Substrat aus einem Halbleiter von hohem Widerstand hergestellt ist und die Senkespannung hoch ist, alle Teile der Zone 2b zwischen der Basiszone 2a und der Senkezone 1 eine Sperrschicht und die Ka-
- bzw. Strompfadlänge wird gleich Lc. In diesem Falle kann die Torelektrode 5 so vorgesehen werden, daß sie nicht der Senkezone überlagert ist, wodurch die Rückkopplungskapazität wesentlich herabgesetzt wird. Anderer- ••ite können die Senkezone 1 und die Quellezone 2 gleich-
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zeitig durch einen Diffusionsprozeß erzeugt werden, ohne daß gleichzeitig die Senkezone 1 und das Substrat erzeugt werden, so daß die ebene Fläche der Senkezone 1 verringert werden kann, was eine extreme Herabsetzung der Senkekapazität ergibt. Ein Beispiel, bei welchem der vorangehend in Verbindung mit Pig. 2 beschriebene Transistor auf eine integrierte Schaltung Anwendung gefunden hat, wird nachfolgend beschrieben.
1. wird, wie in Fig. J>& gezeigt, eine Isolierzone für eine Diffusionsmaske mit einem Halbleitersubstrat 200 durch Oxydation oder Dampfphasenreaktion haftend verbunden;
2. werden, wie in Fig. 5b gezeigt, Diffusionsfeneter 42^, 2H? und 401, welche zum Diffundieren der Quelle-, der Basis- und der Senlezone J5, 2a und 1 notwendig sind, durch Photogravieren gebildet;
2. wird eine Isolierschicht 600, welche einen Störstoff enthält, der die Basiszone 2a bildet, gleichmäßig auf die Vorrichtung aufgebracht, wie in Fig. ?c gezeigt;
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4. wird, wie in Fig. 3d gezeigt, ein Teil 623 der Isolierschicht 600, der größer als das Diffusionsfenster 423 ist und dem anderen Diffusionsfenster nicht überlagert ist, beim Photogravieren stehengelassen und dann ein Diffusionsprozeß in einer Hochtemperaturatmosphäre von dem Teil 623 aus durch das Diffusionsfenster 423 durchgeführt, wodurch ein eine Basiszone 2a bildender Teil erzeugt wird, wie in Fig. 3e gezeigt;
5. wird, wie in Fig. 3*" gezeigt., im übrigen Zustand der Isolierschicht 623, wenn diese sehr dünn ist, oder im weggenommenen Zustand dieser Schicht, wenn diese dick ist, der Diffusionsvorgang so ausgeführt, daß die Zone 2a mit einem Störstoff vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der des Substrats bleibt, wodurch eine Quellezone 3 des als aktives Element verwendeten Transistors, eine Senkezone 13* die als die Quellezone I3 eines Lasttransistors verwendet werden kann, und eine Senkezone 10 des erwähnten Lasttransistors erzeugt werden;
6. werden, wie in Fig. 3g gezeigt, Torisollerschichten 4a und 4L, Torelektroden 5A und 5L und Elektroden 3W,
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, 1OW und 200W auf die Vorrichtung aufgebracht, wodurch die Fabrikation der wesentlichen Teile einer integrierten Schaltung abgeschlossen ist.
Die in Pig. Jg gezeigte integrierte Schaltung kann durch eine Ersatzschaltung dargestellt werden, wie in Fig. 5h gezeigt, bei welcher, wenn die Anschlüsse 5A, 1?W, 1OW, 2W und 200W, die den Elektroden 5A, I3W, 1OW und 200W der in Fig. Jg entsprechen, als Eingangsanschluß, Ausgangsanschluß, Leistungsanschluß, Erdanschluß bzw. als Steueranschluß zur Steuerung der Schleusenspannung jedes MOS-Transistors verwendet werden, die Vorrichtung als Verstärker oder Schaltkreis arbeiten kann.
Der Anschluß 5L kann in dem Zustand verwendet werden, in welchem er mit der Leistungsspannung verbunden werden kann. Ferner wird, wenn ein Substrat aus p-Silicium und Torisolierschichten 4A und 4L aus SiOp verwendet werden, der Lasttransistor L ein Transistor vom Verarmungstyp, so daß eine integrierte Schaltung vom Hochleistungstyp mit einer Vorbelastung durch einen konstanten Strom dadurch erhalten werden kann, daß der Anschluß 5L mit dem Anschluß
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1j5W durch eine Innenverdrahtung der integrierten Schaltung verbunden werden kann.
Bei dem vorangehend beschriebenen Beispiel kann, selbst weinn eine Isolierschicht, die durch ein Ätzmittel aufgelöst werden kann, das von dem der Maske 400 verschieden ist, haftend anstelle der Isolierschicht 600, die einen Störstoff enthält, aufgebracht wird und nur die Zone 623 durch Photogravieren weggenommen wird, der gleiche Aufbau wie in Pig. 3g erhalten werden.
Wie vorangehend im einzelnen beschrieben, kann die Kanallänge eines Feldeffekttransistors, bei welchem die effektive Kanallänge durch die Differenz zwischen den Diffusionslängen von zwei Arten von Störstoffen bestimmt wird, kleiner als ein Mikron gemacht werden, so daß dieser Transistor als Superhoch-Frequenz-Transüor verwendet werden kann. Andererseits hat ein Feldeffekttransistor vom sogenannten Verarmungstyp eine Belastungscharakteristik, die im wesentlichen gleich einer Charakteristik für konstanten Strom ist, so daß der erwähnte Transistor wirksam als integrierte Schaltung von geringer Leistung und hoher Operationsgeschwindigkeit verwendet werden kann.
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Claims (2)

- ίο - PATENTANSPRÜCHE
1. Feldeffekttransistor mit mindestens einer Basis-, Quellen- und Senkezone, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstoffkonzentration der Basiszone von der Quellezone zur Senkezone verringert ist und so gemacht ist, daß sie an ihrem Übergang zur Senkezone geringer als diejenige der letzteren ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit mindestens einer Basiszone, einer Quellezone und einer Senkezone, dadurch gekennzeichnet, daß ein Störstoff von dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie der, der
" in mindestens einem Teil des Substratkristalls enthalten ist, durch selektrive Diffusion eindiffundiert wird, die diffundierte Zone dazu gebracht wird, daß sie mindestens einen Teil der Zone erreicht, der in dem erwähnten Kristall vor dem Diffusionsprozeß enthalten ist und den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der des erwähnten Störstoffes hat, um dadurch die Basiszone zu bilden, und ein Störstoff von einem Leitfähigkeitstyp, der dem
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der erwähnten selektiv diffundierten Zone entgegengesetzt ist, mit Hilfe der gleichen Positionsmittel wie die der selektiven Diffusion eindiffundiert wird, um dadurch die Quellezone zu bilden.
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