DE2059072B2

DE2059072B2 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2059072B2
Application number: DE2059072A
Authority: DE
Inventors: Minoru Kodaira Tokio Ono
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-12-01
Filing date: 1970-12-01
Publication date: 1980-01-24
Also published as: JPS4813572B1; US3798513A; DE2059072A1; FR2072701A5; GB1299849A; NL7017442A

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es aus der deutschen Offenlegungsschrift 15 14 082 ist.

Um den beim Aufbringen des Isolierfilms auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats entstehenden Inversionskanal in seiner Wirkung abzuschwächen, wird bei dem bekannten Halbleiterbauelement diese Hauptoberfläche im wesentlichen parallel zu einer (100)- oder auch zu einer (llO)-Kristallebene gelegt. Dadurch wird die Menge der durch den Isolierfilm an der Hauptoberfläche induzierten Ladungsträger insofern verringert, als diese Ladungsträgermenge vom Bildungswinkel bzw. der Dichte der den Isolierfilm berührenden Atome des Halbleitersubstrats abhängt.

Wird nun aber eine zur (lOO)-Krislallebene parallele Fläche als Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats verwendet und mit einem Isolierfilm überzogen, so kann sich ein unerwünschter Inversionskanal aus einem anderen Grund bilden. Da nämlich nur die Menge der nur durch den Isolierfilm induzierten Ladungsträger klein ist, bildet sich ein solcher Inversionskanal dann, wenn auf oder in dem Isolierfilm eine Ladung auftritt, die in dem Halbleitersubstrat unter dem Isolierfilm Ladungsträger induziert, die den durch das Aufbringen des Isolierfilms selbst induzierten Ladungsträgern entgegengesetzt sind. Dabei kehrt sich der Leitungstyp des Halbleitersubstrats an der Hauptoberfläche um. Eine derartige Ladung tritt insbesondere dann auf, wenn auf dem Isolierfilm Leiterbahnen zur externen Verdrahtung angeordnet werden, die Spannungen gegenüber dem Halbleitersubstrat führen. Je nach der Polarität derartiger Spannungen werden unter dem

ίο Isolierfilm an der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats Elektronen oder Löcher induziert, so daß der Leitungstyp des Halbleitersubstrats an dieser Stelle entsprechend geänden wird und sich eine als Inversionskanal wirkende Schicht ausbildet Dabei hängt die

is Wirkung des Inversionskanals von der Größe der zwischen dem Halbleitersubstrat und der Leiterbahn liegenden Spannung ab.

Um einen solchen Inversionskanal zu unterbrechen, wird gewöhnlich als Kanalsperre eine eindiffundierte Zone genügend hoher Störstoffkonzentration vorgesehen. Diese zusätzliche eindiffundierte Zone erhöht jedoch die Zahl der erforderlichen Fertigungsschritte. Außerdem birgt sie die Gefahr in sich, daß der Störstoff in den Bereich einer anderen Halbleiterzone gelangt und deren Funktion beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ein Inversionskanal an der mit einem Isolierfilm bedeckten Hauptoberfläche des

Halbleitersubstrats unterbrochen wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Die danach vorgesehene Vertiefung bzw. der Vorsprung, die bzw. der mindestens eine von der (lOO)-Kristallebene verschiedene Fläche aufweist, bewirkt eine Unterbrechung des Inversionskanals, die sich ohne zusätzliches Eindiffundieren eines Störstoffs und die damit verbundenen Schwierigkeiten erreichen IiOt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in

*o den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch einen MOS-Feldeffekt transistor als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä ßen Halbleiterbauelements;

F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt durch das Substrat des Halbleiterbauelements nach F i g. 1 zur Veranschaulichung der in der Hauptoberfläche des Substrats

so gebildeten Vertiefung;

Fig.3 eine der Fig.2 ähnliche Darstellung, wobei jedoch in dem Halbleitersubstrat ein Vorsprung anstelle der Vertiefung gebildet ist; und

Fig.4 einen Schnitt durch eine Diode als weiteres

Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind in einem Halbleitersubstrat 11 aus N-Ieitendem Silizium durch selektives Eindiffundieren eines Störstoffs oder durch epitaxiales Aufwachsen P-Ieitende Zonen 12,13 und 14 in gewissem Abstand nebeneinander ausgebildet. Auf die parallel zu einer (lOO)-Kristallebene verlaufende Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 11 wird sodann ein Isolierfilm 15 aus Siliziumoxyd durch thermische Oxidation oder durch thermische Zerlegung von organischem Silan aufgewachsen, woraufhin metallische Kontaktanschlüsse 5, D und G auf den Zonen 12 und 13 sowie auf einem dazwischen liegenden Teil des Isolierfilms 15 durch

Aufdampfen und Ätzung angeordnet werden. Der die Zonen 12 und 13 umfassende Bereich 16 bildet einen Feldeffekttransistor, bei dem die (Contaktanschlüsse S, D und G als Source-, Drain- und Gate-Anschlüsse dienen. Zur Verbesserung von Eigenschaften des Transistors ist der unter dem Gate-Anschluß G liegende Teil des Isolierfilms 15 dünner geformt Der Isolierfilm 15 ist durch Einbau von Phosphor oder eines Phosphoroxids in seine Oberfläche stabilisiert Der Gatc-AnschluB G ist über eine Leiterbahn 17 mit einem weiteren Kontaktanscbluß verbunden, der auf einer weiteren P-leitenden Zone 18 angeordnet ist Die auf dem Isolierfilm 15 angeordnete Leiterbahn 17 ist so gelegt, daß sie die Oberfläche einer Vertiefung 19 überquert, die in einem Teil der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 11 vorgesehen ist

In F i g. 2 ist die Vertiefung 19 in der parallel zu der (lOO)-Kristallebene verlaufenden Hauptoberfläche vergrößert dargestellt Die Seitenflächen 20 der Vertiefung 19 verlaufen parallel zu einer (lll)-Krista!!ebene, während die Bodenfläche der Vertiefung 19 parallel zur (lOO)-Kristallebene verläuft Zur Herstellung dieser Vertiefung 19 wird ein Halbleitersubstrat mit einer parallel zur (lOO)-Kxistallebene liegenden Hauptoberfläche mit einem alkalischen Hydroxid-Ätzmittel, etwa NaOH oder KOH, unter Verwendung einer Maske aus Siliziumoxid selektiv geätzt. Dabei wird mindestens eine Kante der Vertiefung in Fluchtung mit einer (110)-Richtung gelegt, um eine Seitenfläche freizulegen, die parallel zur (lll)-Kristallebene verläuft. Bei einer integrierten Halbleiterschaltung mit mehreren Schaltungselementen wird die Vertiefung jeweils längs der Grenze der einzelnen Schaltungselemente gebildet.

Die Anzahl an Elektronen, die an der mit dem Isolierfilm 15 überzogenen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats, insbesondere auch an dem Teil unter dem Gate-Anschluß, durch das Aufbringen des Isolierfilms induziert werden, ist äußerst gering, da die Hauptoberfläche parallel zur (100)-Kristallebene liegt. Demgegenüber ist die Anzahl der an der Oberfläche des Halbleitersubstrats induzierten Elektronen an der parallel zur (Ill)-Kristallebene liegenden schräge)· Seitenfläche 20 der Vertiefung so groß, daß sic'i in diesem Bereich, wie in F i g. 1 angedeutet, eine N+-Schicht bildet Wird nun an den Gate-Anschluß G eine Spannung angelegt so wird ein bis zur Vertiefung 19 verlaufender Inversionskanal unterbrochen, und die Vertiefung wirkt effektiv als Kanalsperre. Da die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats unter dem Gate-Anschluß G parallel zur (100)-Kristallebene verläuft, läßt sich der Drain-Strom bei niedriger Schwellenspannung und hoher Steilheit steuern. Anstelle von Siliziumoxid kann der Isolierfilm 15 auch aus Siliziumnitrid oder aus einer Kombination aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid bestehen.

Anstelle der Vertiefung 19 kann gemäß Fig. 3 auch ein Vorsprung 21 vorgesehen sein, <? ;ssen Seitenfläche

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Vorsprung 21 kann durch Wegätzen der übrigen Oberflächenteile des Halbleitersubstrats mit dem gleichen Ätzmittel, also beispielsweise KOH oder NaOH. hergestellt werden.

In Fig.4, die eine Halbleiterdiode zeigt, bedeuten 31 ein Halbleitersubstrat aus N-leitendem Silizium mit einer (lOO)-Kristallebene als Hauptoberfläche, 32 eine durch selektives Eindiffundieren eines Störstoffs gebildete P-Ieitende Zone, 33 einen durch thermische Oxidation oder thermische Zerlegung von organischem Silan gebildeten Isolierfilm aus Siliziumoxid, 34 einen Kontaktanschluß, der mit der Zone 32 in Ohm'schem Kontakt steht und 35 eine Elektrode, die mit einer weiteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 31 in Kontakt steht. In der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 31 ist eine die Zone 32 umgebende Vertiefung 36 ausgebildet, die die gleiche Form und die gleiche Wirkung wie die Vertiefung 19 in F i g. 1 und 2 hat.

Hierzu 1 Blatt Zeicbuiungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelemente mit einem Halbleitersubstrat, das eine im wesentlichen parallel zu einer (100)-Kristallebene liegende Hauptoberfläche aufweist und mindestens eine Halbleiterzone enthält, die durch einen an dieser Hauptoberfläche endenden PN-Übergang begrenzt ist, mit einem diese Hauptoberfläche bedeckenden Isolierfilm sowie mit einem auf dem Isolierfilm angeordneten Kontaktanschluß für die Halbleiterzone, dadurch gekennzeichnet, daß in einem an diese Hauptoberfläche grenzendien Teil des Halbleitersubstrats (11; 31), an dem ein Inversionskanal auftreten kann, eine Vertiefung (19; 36) oder ein Vorsprung (21) ausgebildet ist, die bzw. der mindestens eine von der (100)-Kristallebene verschiedene Fläche aufweist

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem weiteren Teil des Isolierfilm (15) ein weiterer Kontaktanschluß (G) vorgesehen ist, der mit dem erstgenannten Kontaktanschluß über eine auf dem Isolierfilm (15) angeordnete Leiterbahn (17) verbunden ist, die über mindestens einen Teil der Oberfläche der Vertiefung (19) bzw. des Vorsprungs (21) verläuft (F i g. I).

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (19; 36) bzw. der Vorsprung (21) eine Tiefe bzw. Höhe von mindestens 1 μίτι hat

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (19; 36) bzw. der Vorsprung (21) eine im wesentlichen parallel zu einer (lll)-Kristallebene liegende Oberfläche (20; 22) ati jveist.

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (20; 22) der Vertiefung (19; 36) bzw. des Vorsprungs (21) im wesentlichen parallel zu einer (Ill)-Kristallebene und die Boden- bzw. Deckfläche parallel zu einer (tOO)-Kristallebene verlaufen.