DE2216338A1 - Feld-Effekt Transistor mit einer Gate-Elektrode aus Polysilizium mit geringem elektrischem Widerstand - Google Patents

Description

• Feld-Effekt Transistor mit einer Gate-Elektrode- aus Polysilizium mit geringem elektri 5 chem Widerstand Die vorliegende Erfindung betrifft Feld-Effekt Transistoren mit Gate-Elektroden aus Polysilizium. Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung Gat-e-Elektrode.n aus Polysilizium, wobei das Polysilizium in eine Legierung oder eine Verbindlmg mit einem der folgenden Metalle, Platin, Iridium, Rhodium, Palladium und Rhenium überführt worden ist; dabei bleiben die Vorteile von Feld-Effekt Transistoren mit Gate-Elektroden aus Polysilizium erhalten, -darUber hinaus Jedoch weist -die Gate-1ektrode hohe Leitfähigkeit au: was die Arbeitsgeschwindigkeit des Transistors beschleunigt.
• Es ist bekannt, Feld-Effekt Transistoren mit isoliertem Gate zu verzzenden, wobei die Gate-Elektrode -aus Polysilizium besteht. Solche Transistoren weisen verschiedene Vorteile auf, unter anderem besitzen sie eine niedrigere Anlauf-Spannung als Transistoren mit Gate-Elektroden aus Metall, darüber -hinaus wird die Gate-Elektrode automatisch an den Kanal zwischen Quelle und--Senke angepaßt, wenn die Gate-Elektroden aus Polysilizium hergestellt werden, demgegenUber ist es schwierig Gates aus Metall an die Kanäle anzupassen Ein großer Nachteil der Gate-Elektrode besteht Jedoch darin.
• daß ihr spezifischer elektrischer Widerstand in der Größenordnung von 105 Ohm-cm liegt. Wegen dieses hohen Widerstandes wird die Arbeitsgeschwindigkeit von Feld-Effekt Transistoren mit isoliertem Gate, wobei das Gate aus Polysilizium besteht, vermindert; dies ist eine Folge der Zeitkonstante des Wider standselementes, aus dem das Gate besteht und weiterhin eine Folge der unvermeidlichen Kapazität, die mit einem solchen Trans-istor verbunden ist.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Transistor des oben beschriebenen Typs herzustellen, wobei die Vorteile von Gate-Elektroden aus Polysilizium erhalten bleiben, der Widerstand eines solchen Gates Jedoch vermindert ist.
• Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Transistor des oben genannten Typs herzustellen, der erhöhte Arbeitsgeschwindigkeit aufweist.
• In ereinstimn0ung jnit der vorliegenden Erfindung wird das Gate aus Polysilizium in eine Legierung mit einem der folgenden Metalle, Platin, Rhodium, Palladium, Rhenium: und Iridium umgewandelt. Da die Legierungsbildung erfolgt, nachdem das Gate aus Polysilizium hergestellt wurde, bleibt die Selbst-Ausrichtung der Gate-Elektrode aus Polysilizium mit dem Kanal zwischen Senke und Quelle erhalten Es wurde gefunden, daß der niedrige Grenzwert fUr die Spannung, die an die Gate-Elektrode angelegt werden muss, damit ein Strom zwischen der Quelle und der Senke fließt, fUr Gate-Elektroden aus Polysilizium erhalten bleibt, wenn die LegierWi bildung mit einem der aufgeführten Metalle durchgeführt wird.
• dabei wird der Widerstand des Gates aus Polysilizium und für daraus bestehende Schaltungen von ungefähr 105 ORlm-cm fUr das Polysiliziusl auf ungefähr 10 Ohrn-cm für die Legierung- -vermindert, wobei die Zeitkonstante des Transistors wesentlich vermindert wird, was das Ansprechen auf die an das Gate angelegte Spannung beschleunigt. Weiterhin kann, wenn gewünscht der obere Teil der Quelle und der Senke ebenfalls mit einem der genannten Metalle legiert werden, wobei gleichzeitig mi.t-der Bildung der Gate-Elektrode mit hoher Leitfähigkeit fUr Quelle und Senke,Kontakte mit geringerem Ohmschen Widerstand gebildet werden.
• Aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den entsprechenden Zeichnungen geht die vorliegende Erfindung klarer hervor.
• Die Abbildung 1 ist eine Draufsicht auf eine Platte, welche eine Vielzahl von Feld-Effekt Transistoren mit isollerendem Gate nach der vorliegenden Erfindung zeigt; die Abbildung 2 beschreibt eine Stufe im Verfahren zur IIerstellung eines Transistors entsprechend Abbildung 1; die Abbildung 3 beschreibt eine andere Stufe im Verfahren zur Herstellung des Transistors entsprechend Abbildung 1; die Abbildung 4 beschreibt eine Stufe in einem modifizierten Verfahren zur Herstellung eines Transistors entsprechend Abbildung 1; die Abbildung 5 ist ein Ouersöhnitt eines Transistors der nach demVerfahren entsprechend Abbildung 4 hergestellt wurde.
• Aus Silizium, das aus dem n-leitfähigem Typ bestehen kann, wird eine Platte 10 hergestellt. Auf der Oberfläche der Platte 10 wird eine Schicht 16 aus Siliziumdioxyd aufgebracht; über dieser ganzen Siliziumdioxyd-Oberfläche wird Polysilizium 18, das ist nicht kristallines Silizium, verteilt. Anschließend werden nach bekanntem Verfahren die Schichten aus Polysilizium und Siliziumdioxyd mit Löchern versehen, und durch diese Löcher Verunreinigungen vom p-Typ in das Substrat 10 diffundiert, um Bereiche 12 und 14 zu erhalten, die sich, wie abgebildet, paarweise gegentiberstehen, wobei ein enger Bereich aus unmodifiziertem Substrat oder ein Kanal zwischen jedem Bereich 12 und dem entsprechenden Bereich 14 zurückbleibt.
• Das gesamte Polysilizium wird entfernt, mit Ausnahme des-Jenigen Polysiliziums, das über den Kanalen angeordnet ist und weiterem Polysilizium, das, je nach Wunsch, als Verbindungsstück wirkt. Wie gezeigt, kann sich das Polysilizium 18 von Kanal zu Kanal zwischen verschiedenen Paaren von Bereichen 12 und 14 ausbreiten.
• Bei diesem bekannten Verfahren zur Herstellung von Feld-Effekt Transistoren mit isoliertem Gate kann einer der Bereiche 12 und 14 als Quelle und der andere der Bereiche 12 und 14 als Senke dienen und das Polysilizium über dem Siliziumdioxyd, welches ebenfalls über dem Kanal zwischen benachbarten Bereichen 12 und 14 angeordnet ist, kann als Gate-Elektrodedienen. Es wird darauf hingewiesen, daß bei diesem Verfahren zur Transistor-Herstellung die Gate-Elektroden und die Kanäle zwischen den Diffusions-Bereichen selbst ausrichtend sind, daß bedeutet, daß die Quelle und die Senke in solchen Löchern innerhalb des Polysiliziums fUr diese Diffusion vorgesehen sind, und daß Teile diees,Polysiliziums zurUckbleiben und als Gate-Elektrode verwendet werden. Weiterhin ist die Grenzspannung für den Stromfluß in dem Kanal niedrig, da- dieAustrittsarbeit des Siliziums der Platte 10 und des Polysiliziums 18 nahezu gleich ist. Jcdoch ist, wie bereits oben angemerkt, der Widerstand des Polysiliziurns hoch, wodurch eine langsame Arbeitsweise für die Transistoron resultiert.
• In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung befindet sich.
• nachdem das ganze Folysiiizium rilit Ausnahme des Teils, der als Gate-Elektroden und als Verbindungsstücke verwendet wird, entfernt worden ist, eine Siliziumdioxyd-Schicht 16.über den Bereichen der Quelle und der Senke; wie-in Abbildung 2 zu sehen ist, wird güter dieser Schicht eine Schicht 20 aus einem Metall der folgenden Gruppe, Platin, Iridium, Rhodium, Palladium, und Rhenium 'aufgebracht, dies erfolgt mittels Dampfabscheidung über der-Siliziumdioxyd-Oberflache und ebenfalls über der Oberfläche des Polysiliziums. Obwohl die Dicke der Polysilizium-Schicht im Bereich zwischen 1500 und 3000 i liegen kann, ein typischer Wert ist etwa 2000 i, und weiterhin die Dicke der Platin-Schicht im Bereich zwischen 1000 und 2000 i liegen kann, sind diese Schichtdicken,nicht kritisch. Nachdem die Platte entsprechend Uberzogen wurde, wird sie für ungefähr 10 Minuten auf 400 bis 7000C erhitzt, wiederum sind diese Zahlenangaben nicht kritisch; während dieses Erhitzens reagiert das Metall mit dem Polysilizium, Jedoch nicht mit dem-Siliziumdioxyd, unter Bildung eines Silizids dieses Metalles. Die Platte wird anschließend in Königswasser getaucht, wodurch derjenige Teil des Metalles, der kein Silizid gebildet hat, entfernt wird; wie aus Abbildung 3 zu sehen ist, bleibt dieses Metall-Silizid 22 nur auf den Bereichen zurück, die vorher mit Polysilizium bedeckt' worden waren; dabei verläuft die Umwandlung des Polysiliziums in das Silizid von der obersten Schicht des Polysiliziums her und verläuft bis zu einer Tiefe, die bestimmt wird durch die Dicke der Met;allschicht 20, durch die Dicke der Polysilizium-Schicht 18 und durch die Höhe der Temperaturen, auf die die Materialien erwärmt wurden und durch die Dauer der Erwärmung. Normalerweise wird angestrebt, daß das gesamte Polysilizium in das Metallsilizid umgewandelt wird, darüber hinaus ist die Vorrichtung nützlich, selbst wenn die Silizid-Schicht recht dünn ist.
• Bei der Modifizierung der in Abbildung 4 und 5 angegebenen Verfahren, wird die Siliziumdioxyd-Schicht 18 3 mit Löchern über der Quelle und der Senke 12 und 14 versehen, nachdem die Gesamtmenge des zu entfernenden Polysilizium 18 entfernt wurde, anschließend wird die Metallschicht 20 auf der gesamten Oberfläche der Platte aufgebracht, auf dem Polysilizium 18 und auf der oberen Oberfläche der Quelle und Senke 14 und 12, anschließend erfolgt die Wärmebehandlung wie oben beschrieben und das nicht in das Silizid umgewandelte Metall wird entfernt, wie oben beschrieben. Wie in Abbildung 5 gezeigt, ist nicht nur die oberste Schicht 22 des Polysillziums 18 in das Silizid umgewandelt, sondern die obersten Schichten 24, 24 der Bereiche 12 und 14 fUr die Quelle und die Senke sind ebenfalls in das Silizid umgewandelt, wobei die obersten Schichten 24, 24 Verbindungen mit guten Ohmschen Eigenschaften zu der Quelle und der Senke 12 und 14 darstellen.
• Es wurde bereits darauf hingewiven, daß die Grenzspannung eines isolierten Gates für einen Feld-Effekt Transistor abhängt von den vergleichbarenAusbits*eiten des dotierten kristallinen Siliziums des Kanals, und von der Gate-tlektrode aus Polysilizium und ebenso von dem Ladungszustand der Oberfläche des als Gate wirkenden Isolators. Die Grenzspannung für einen Transistor mit einem Gate aus Polysilizium ist deshalb aus' zwei Gründen vermindert. Der Unterschied in der Austrittsarbeit zwischen einem Gate aus Polysilizid und dem Körper des Halbleiters ist zumindestens ebenso klein oder kleiner, als bei der Verwendung eines Gastes aus Polysilizium. w erhin ist die Wirkung bei Verwendung eines Gates aus Polyellizld die gleiche, als ob der Ladungszustand für die Oberfläche des als Gate wirkenden Isolators stärker vermindert wird als bei der Verwendung eines Gates aus Polysilizium. Ein Fiachband-Spannungs-Test, hierbei handelt es sich um einen bekannten Test zur Messung der Grenzspannung für solche Transistoren, zeigt, daß ein typischer Transistor, wie er in Abbildung 3 gezeigt ist, eine Flach-Band-Spannung auflrei st, die 1/2-Volt niedriger liegt als bei einem ähnlichen Transistor mit einem Gate aus Polysilizium. Die Austrittsarbeit liegt für Platin ungefähr 1/10 Volt höher als für Palladium und für die anderen Metalle wie Rhodium, Iridium und Rhenium liegt die Austrittsarbeit zwischen diesen Werten. Jedes, Metall dieser Gruppe bildet ein leitfähiges Silizfld, und der Transistor, dessen Gate teilweise oder ganz aus einem solchen Silizid besteht, weist ebenfalls einen niedrigen Wert für die Grenzspannung auf, was zu einem verminderten Ladungszustand für.
• die Oberfläche des als Gate wirkenden Isolators führt. Deshalb beinhaltet die vorliegende Erfindung ein hoch-leitfähiges Gate für einen Feld-Effekt Transistor mit einem isolierten Gate, welcher einen Grenzwert aufweist, der kleiner ist als der Grenzwert von Polysilizium; wie oben aufgezeigt,existierte ein solcher Transistor mit einem solchen Gate vor der vorliegenden Erfindung nicht, da die bekannten Transistoren, welche Mtallelektroden als Gate verwenden, Transistoren nit einem hohen Grenzwert darstellen.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Feld-Effekt Transistor mit einem isolierten Gate,- gekennzeichnet durch ein Substrat, einen Bereich als Quelle und einen Bereich als Senke in diesem Substrat, wobei die Bereiche durch einen Kanal-Bereich getrennt sind, einen Isolator über diesem Kanal-Bereich, einer Gate-Elektrode über diesem Kanal-Bereich für den Transistor, wobei die Gate-Elektrode aus leitfähigem Silizid besteht.

   2-. Transistor entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizid eine Verbindung aus Silizium und eine der folgenden Metalle, Palladium, Iridium, Rhodium, Platin und Rhenium darstellt.

   3. Transistor entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberflächen-Anteil von einem, Quelle oder Senke, aus leitfähigem Silizid besteht.

   4. Transistor entsprechend Anspruch 1, dadurch gehennzeichnet, daß ein Oberflächen-Anteil von beiden, Quelle und Senke, aus leitfähigem Silizid besteht.

   5. Transistor entsprecllend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen-Anteil von Senke und Quelle aus einer Verbindung besteht, welche eine Verbindung aus Silizium.

   mit einem der folgenden Metalle, I'>latin, Rhodium, Iridium, Palladium und Rhenium darstellt.