DE2243592A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung und durch dieses verfahren hergestellte halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung und durch dieses verfahren hergestellte halbleiteranordnung

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DE2243592A1
DE2243592A1 DE2243592A DE2243592A DE2243592A1 DE 2243592 A1 DE2243592 A1 DE 2243592A1 DE 2243592 A DE2243592 A DE 2243592A DE 2243592 A DE2243592 A DE 2243592A DE 2243592 A1 DE2243592 A1 DE 2243592A1
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

00/ QKQO PHB 32191
2243 594 Va/RJ
GÜNTHER M. DAVID
Patentasssssor
Anmelder: N.V. PHILiPS' GLOEILAMFEHFABRIEKEM
Akte: fHß 37191
Anmeldung vorni ι λ \
"Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung und durch dieses Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung".
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem in einem Halbleiterkörper mit einem Uebergang zwischen einem höher dotierten Gebiet und einem niedriger dotierten Gebiet durch Strahlung verstärkte Diffusion eines Dotierungsstoffes über den Uebergang aus dem hoher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet stattfindet, wodurch in dem niedriger dotierten Gebiet issin weiteres Gebiet gebildet wird,
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dessen laterale Ausdehnung praktisch konstant ist, wobei die erwähnte durch Strahlung verstärkte Diffusion dadurch durchgeführt wird, daas ein Bündel
energiereicher Teilchen von der Seite des niedriger dotierten Gebietes her auf den Uebergang gerichtet wird, wodurch die Kristallstruktur in dem niedriger dotierten Gebiet wenigstens in der Nähe des Uebergangs gestört wird.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine durch ein derartiges Verfahren hergestellte
Halbleiteranordnung.
In der von Anmelderin eingerciehten britischen Patentanmeldung 25029/70 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung beschrieben, bei dem ein Halbleiterkörper mit einem Uebergang zwischen einem höher dotierten Gebiet und einem niedriger dotierten Gebiet einem Beschuss mit
beschleunigten Teilchen unterworfen wird, die von
der Seite des niedriger dotierten Gebietes her auf den Uebergang gerichtet werden, wobei der Beschuss durchgeführt wird, um eine Störung des Kristallgitters in der Nähe des Uebergangs zu bewirken,
und wobei der Halbleiterkörper während des erwähnten Beschüsses auf einer erhöhten Temperatur
gehalten wird, um eine verstärkte Diffusion eines
Dotierungsstoffes über den Uebergang aus dem höher
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dotierten Gebiet ±n das niedriger dotierte Gebiet herbeizuführen» Dieses Verfahren lässt sich zur Bildung verschiedener Strukturen, z.B. bei der Herstellung eines Bipolartransistors verwenden, wobei die Dotierungskonzentration im Kollektorgebiet unmittelbar unterhalb des Emittergebietes profiliert wird. Verschiedene Möglichkeiten werden für die Bedingungen des Beschüsses beschrieben, und eine bevorzugte Ausführungsform zum Bewirken der Gitterstörung besteht darin, dass ein Beschuss mit Protonen hoher Energie durchgeführt wird. Die Beschreibung verweist weiter auf eine Ausführungsform des Verfahrens, bei der der Aufprall der bombardierenden Teilchen auf den Halbleiterkörper derartig ist, dass Kanalisierung ("channeling") durch das Kristallgitter hindurch von den genannten Teilchen oder Ionen erzeugt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung, bei der durch Anwendung von Kanalisierung und durch geeignete Steuerung derselben die verstärkte Diffusion eines Dotierungsstoffes zum Erzeugen eines Siffundierten Gebietes mit einer praktisch konstanten seitlichen Abmessung durchgeführt werden kann, wodurch Anordnungen mit einem derartigen Gebiet, insbesondere, aber nicht ausschliesslich gewisse Sperrschicht-Feldeffekt-
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traneistorstrukturen (JFET) erhalten werden. Die Verbesserung nach der Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, dass zum Erhalten eines gewünschten Gebietes mit genau kontrollierten seitlichen Abmessungen die Streuung des Ionenbereiches durch Anwedung von Kanalisierung unter geeigneten Bedingungen auf einen vernachlässigbaren Paktor herabgesetzt wird. Die laterale Streuung wird dann nur durch die Diffusionslänge der Gitterstörung bestiiunt, Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung des Halbleiterkörpers in bezug auf das einfallende Bünr del und die Energie der Teilchen derart gewählt werden, dass Kanalisierung der Teilchen durch das Kristallgitter des Halbleiterkörper über einen Kanalisierungsbereich in dem niedriger dotierten Gebiet erreicht wird, der eich mindestens bis zu dem Uebergang und praktisch nicht ausserhalb des Uebergangs erstreckt. Unter Kanalisierung ("chaneling") wird hier auf übliche Weise die Fortbewegung eines Teilchens über "offene", d.h. nicht von Atomen oder Ionen an Gittereteilen besetzte, Kanäle in dem Kristallgitter verstanden.
Einige Ausführungeformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden Im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch zwei Verteilungskurvenvov Protonen hoher Energie in einem Halbleiterkörper
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cieagenOtaeriiaolibemitidiesenIBratdoen:bombardiert ist;
Figuren .32? itnd 1% sQhezrcrelraitit-e edUEOh- sicarVen
o in sine=;; IirWlbi^ während aufeinanderfolgender Stufen einer ersten Ausfübrungsforin eines Verfahrens nach der Erfindung, die eine allgemeine Ausführungsform ist» die nur zur Illustrierung einer durch Beschuss induzierten verstärkten Diffusion eines Dotierungsstoffes über ei»' neu Uebergang mit gesteuerter Kanalisierung zum Erzeugen eines Gebietes mit einer praktisch konstanten seitlichen Ausdehnung dient;
Figuren h und 5 Querschnitte durch einen Halbleiterkörper während verschiedener Stufen einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper in einer Stufe einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil des Halbleiterkörpers eines Grenzschicht-Feldeffekttransistors, der durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist, und
Figure 8 und 9 Querschnitte längs der Linien VIII-VIII und IX-IX der Fig. 7.
Zunächst werden einige der Ausgangsmechanismen der durch Beschuss induzierten Diffusion betrachtet. Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt
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schematlach zwei Verteilungekurven von Protonen hoher Energie in einem Halbleiterkörper, dessen Oberfläche mit den genannten Protonen bombardiert ist. Die Protonenkonzentration ist als Ordinate in logarithmischem Masstab und der Abstand d von der Oberfläche ist als Abszisse aufgetragen. Die Kurve A bezieht sich auf den Fall, in dem Protonen in ein amorphes Substrat implantiert werden und bildet eine gute Annäherung für die Verteilung nach einer Implantation in einer Richtung, die nicht mit einer kristallographtschen Hauptachse bei Implantation in ein einkristallines Substrat, nachstehend als beliebige Implantation bezeichnet, zusammenfällt. Die Protonenverteilung ist eine Gaussehe Verteilung und die Streuung im Bereich wird durch Ionenstreuung ("ion straggling") herbeigeführt. Ferner veranlasst Ionenstreuung während beliebiger Reihenfolgen von Kollisionen seitliche Streuung. Die Kurve B bezieht sich auf den Fall, in dem die Oberfläche mit Protonen derselben Energie bombardiert wird, welche Protonen jedoch in einer Richtung einfallen, die einer kristallographischen Hauptachee entspricht, um Kanalisierung durch das Kristallgitter hindurch zu erreichen» Es stellt sich heraus, dass mit den kanalisierten Protonen die Eindringtiefe bei derselben Energie viel grosser ist. Energieverlust
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von kanalisierten Ionen ist auf Wechselwirkung mit Elektronen zurückzuführen, die keine Störungen in der Struktur herbeiführt. Am Ende des kanalisierten' Bereiches wird das Proton den grössten Teil seiner Energie verloren haben und eine entkanalisierte Reihenfolge von Kollisionen wird viel weniger seitliche Streuung als eine entsprechende beliebige Implantation auf derselben Tiefe herbeiführen.
Bei dem obenbeschriebenen Verfahren unter Verwendung einer durch Beschuss induzierten Dif^ fusion eines Dotierungsstoffes über einen Uebergang aus einem höher dotierten Gebiet in ein niedriger dotiertes Gebiet bestimmt, wenn es erwünscht ist, eine örtliche Diffusion über den Uebergang zur Bildung eines örtlichen diffundierten Gebietes zu erzeugen, die seitliche Streuung der Teilchen oder Ionen im wesentlichen die seitliche Ausdehnung eines derartigen örtlichen diffundierten Gebietes, Wenn z.B. ein Teil der Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes einem Beschuss mit einem Bündel von Teilchen unterworfen wird, die zu der Oberfläche senkrecht gerichtet, aber in bezug auf die kristallographische Hauptachse beliebig orientiert sind, wobei die Teilchen auf den erwähnten Oberflächenteil durch eine Oeffnung in einer Maske auftreffen, kann die verstärkte Diffusion über den Uebergang
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aus höher dotierten Gebiet in das niedriger dotier- !
te Gebiet auch in einem angrenzenden Teil des nie- )
/ driger dotierten Gebietes ausserhalb der entspre- .....·
chenden Abmessung der Oeffnung erfolgen und dort j
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erheblich über die ganze Dicke des niedriger dotierten Gebietes variieren, Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei dem beliebigeorientierten Bündel^Idas
beliebige Kollisionen und seit- j
liehe Streuung herbeiführt, die resultierende Ober- ;
fläche der Kristallstrukturstörung eine seitliche j
Ausdehnung aufweist, die grosser als die entspre- \
chende Oberfläche der Oeffnung ist und stark von j dec Tiefe abhängt.
Es wurde nun gefunden, dass die seitliche
Streuung der Teilchen von \
(a) der Diffusionslänge der Gitterstörung und
(b) der Streuung dee Ionenbereiches j gesteuert wird. Es hat sich gezeigt*, dass die Dif- ! fusionslängen der Störstellen sehr klein sein kön- : nen und z.B. weniger als 1 ,um betragen können und t dass die seitliche Streuung des lonenbereiclies
grössten Einfluss auf die seitliche Diffusion ausüben kann. Dies könnte möglicherweise dadurch verhindert werden, dass die Energie des einfallenden
Bündels herabgesetzt wird, aber dies macht die Anwendung eines viel dünneren niedriger dotierten
Gebietes notwendig, um die verstärkte Diffusion
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eines Dotierungsmittels darin über den Uebergang. aus dem höher dotierten Gebiet zu erzeugen.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung
kann durch Anwendung von Kanalisierung der Teilchen mit dem erwähnten Bereich die seitliche Verschiebung eines kanalisierten Teilchens kleiner als 10 λ in einer zu der Einfallsrichtung des Bündels senkrechten Richtung sein und, vorausgesetzt, dass die Energie der kanalisierten Teilchen bei einer Kollision» bei der sie entkanalisiert werden« niedrig ist, ist die seitliche Streuung vernachlässigbar und wird die seitliche Ausdehnung des weiteren Gebietes, die durch die verstärkte Diffusion bestimmt wird, praktisch völlig durch die Diffusionslänge der Gitterst örung bestimmt,. Ferner kann zum Erreichen von Kanalisierung der Teilchen durch das Kristallgitter hindurch mit dem erwähnten Bereich die Teilchenenergie erheblich, z.B. um die Hälfte, geringer als die Energie sein, die erforderlich ist, um die erwünschte Gitterstörung in der Nähe des Uebergangs bei einem beliebig orientierten Bündel herbeizuführen. Vie bereits an Hand der Fig* I beschrieben wurde, zeigt die Kurve B die Absorptionskennlinie von Protonen, die durch Kanalisierung in das Kristallgitter eingeführt werden, wobei das Bündel in < «iner Richtung orientiert ist, die einer kristallo-
H .·!:'■·. ■ " .··■■"
. 309810/(1883.'
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graphischen Hauptachse entspricht. Es stellt sich heraus, dass für dieselbe Teilchenenergie die Eindringtiefe viel grosser und die Verteilung über den kanalisierten Bereioh gleichm&ssiger bei kanalisiertten Protonen als bei dem beliebig orientierten Protonenbündel ist. In dem Falle von Kanalisierung ist das Auemass der Gitterstörung viel gleichmässiger über die Länge des kanalisierten Bereiches im Vergleich zu der Störung, die sich bei einem von einer kristallographiechen Hauptachse abgekehrten Bündel ergibt, welche Störung einen Höchstwert auf dor Seite der Oberfläche in bezug auf das Maximum in der Pr-otonenverteilung aufweist· Die Energie, die zur Kanalisierung eines Teilchens zu dem Uebergang erforderlich ist, kann auf einen Wert von etwa 50 i» der Energie herabgesetzt werden, die benötigt wird, wenn eine beliebige Implantation mit einem mittleren Bereich in der Nähe des Uebergangs verwendet wird. Um z.B. einen mittleren Protonenbereich von 3 /um in einer niedriger dotierten Siliciumschicht mit einer Tiefe von 3 /tun auf einem höher dotierten Siliciumsubstrat zu erhalten, würde die bei Anwendung einer beliebigen Implantation benötigte Energie etwa 400 keV betragen, während dagegen für kanalisierte Protonen mit einem Bereleh von 3 /um «tie erforderliche Energie nur etwa 130 keV betragen würde. Das
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Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es also, das erwähnte weitere Gebiet mit genau gesteuerten seitlichen Abmessungen auszuführen, während ausserdem bei Anwendung dieses Verfahrens die für die einfallenden Teilchen erforderliche Energie erheblich herabgesetzt werden kann, wodurch eine gewisse Vereinfachung der für den Beschuss erforderlichen Apparatur erreicht werden kann.
Bei einem Verfahren nach der Erfindung ist, weil der Kanalxsierungsbereich der Teilchen sich praktisch ausserhalb des Uebergangs erstreckt, die Menge abgeführter Energie, in der Nähe der Grenzfläche, wenn ein Teilchen entkänalisiert wird, besonders klein. Infolgedessen wird, wenn das Teilchen eine Kollisionskaskade vollführt, nur eine geringe Menge an Energie abgeleitet werden. Unter diesen Bedingungen ist die Streuung vernachlässigbar und jede Kollisionskaskade bildet ein örtliches Gitter-Störungsgebiet, das die -Gx-ttertemperatttr effektiv—-----ändert. Es ist bekannt, dass Entkanalisierung über die ganze Länge des kanalisierten Bereiches erfolgt. Es werden -also Störungen: herbeigeführt und die· ef— fektive Gittertemperatur wird über den Weg der kanalisierten Teilchen oder Ionen erhöht. Die seitliche Streuung der verstärkten Diffusion "ist nun praktisch lediglich von der Diffusion der Gitter-" -
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störung abhängig«
Da nach der Erfindung die Energie der j Teilchen derart gewählt wird, dass sich der Kanalisierungsbereich der Teilchen praktisch nicht auβserhalb des Uebergangs erstreckt, wird die Streuung der entkanalisierten Teilchen in der Nähe des Uebergangs besonders niedrig sein, well am Ende des Entkanalisierungebereiches von den Teilchen beim Entkanalisieren nur eine geringe Energiemenge abgeleitet wird. In gewissen Fällen kann jedoch die Anwendung von Teilchen mit einem Kanalisierungsbereich, der. eich über einen sehr kleinen Abstand aussefchalb des Uebergangs erstreckt, gestattet werden. Dies ist z.B. der Fall, wenn der Uebergang praktisch einer Grenzfläche zwischen einer epitaktischen Schicht und einem Substrat entspricht, weil wegen der fehlerhaften Anpassung des Kristallgitters an die Grenzfläche eine erhebliche Entkanalisierung an der Grenzfläche auftreten wird, wodurch dort die Diffusion verstärkt werden wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Kanalisierung der Teilchen durchgeführt, um Störungen in der Kristallstruktur über die ganze Länge des eiedrtggrrdotierten Gebietes herbeizuführen, das von den genannten Teilchen durchlaufen wird, wodurch das weitere
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Gebiet mit praktisch, konstanten seitlichen Abmessungen, das durch die verstärkte Diffusion erhalten ist, sich zwischen dem Uebergang und einer von dem Uebergang abgekehrten Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes erstreckt.
Vorzugsweise erstreckt sich das niedriger dotierte Gebiet an einer von dem Uebergang abgekehrten Oberfläche des Halblexterkörpers und fallen die Teilchen auf die erwähnte Oberfläche eiiij. Das Verfahren kann jedoch auch verwendet werden, wenn das niedriger dotierte Gebiet ein vergrabenes Gebiet ist und die kanalisierten Teilchen das niedriger do·= tierte Gebiet durchlaufen»
Die Energie,der Teilchen kamwährend des Beschüsses geändert werden. Wenn es erwünscht ist, eine verstärkte Dotierungsdiffusion aus dem höher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet zu verwenden, so dass das weitere Gebiet mit praktisch konstanten seitlichen Abmessungen sich an der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes erstreckt, kann also z,B„ die Teilchenenergie anfänglich derart gewählt den, dass sich der Kanalisierungsbereich in dem niedriger dotierten Gebiet praktisch bis zu dem Uebergang erstreckt, wonach die Energie derart herabgesetzt werden kann, dass sich der Kanali-
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sierungsbereich in dem niedriger dotierten Gebiet zu der Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes verschiebt.
Es gibt mehrere Möglichkeiten in bezug auf die Wahl der Teilchenf aber bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden für den Beschuss Protonen verwendet. Andere verwendbare Teilchen sind z.B. Elektronen, Heliumionen oder als Donator- oder Akzeptorverunreinigungen in dem Halbleiterkörper wirkende Ionen, obwohl in vielen Fällen ein Beschuss mit Protonen zu bevorzugen ist, weil ein Proton das leichteste Ion ist und daher den grössten Bereich bei einer gewissen Energie aufweist. Wenn Ionen eines Dotierungsstoffes verwendet werden, können diese nicht nur die gewünschte Störung der Kristallstruktur herbeiführen, sondern auch zur Bestimmung der Leitfähigkeit und/oder des Leitfähigkeitstyps eines Gebietes des Halbleiterkörpers dienen.
Die Temperatur, auf der der Halbleiterkörper während des Beschüsses gehalten wird, wird durch die kinetische Energie der Diffusion in dem vorgegebenen Halbleitermaterial bestimmt; Bei gewissen Halbleitermaterialien kann z.B. keine äussere Erhitzungsquelle erforderlich sein. Bei Anwendung eines Protonenbeschusses auf Silicium wird es not-
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wendig sein, den Halbleiterkörper z.B. auf Temperaturen im Bereieh von 700 - 9000G unter Verwendung einer äusseren Erhitzungsquelle zu erhitzen*
Bei dem YerfaixTBn nach der Erfindung können das höher dotierte Gebiet und das niedriger dotierte Gebiet entweder den gleichen Leitfähigkeitstyp oder verschiedene Leitfähigkeitstypen aufweisen.
Der Uebergang kann praktisch mit der Grenz»· fläche zwischen einem Sübstratgebiet des Körpers und einer darauf liegenden epitaktischen Schicht zusammenfallen. Das höher dotierte Gebiet kann im wesentlichen in dem "'Substratgebiet und das niedriger dotierte Gebiet in der epitaktischen Schicht liegen. Das höher dotierte Gebiet kann aus einer vergrabenen Schicht bestehen, die sich in dem Substratgebiet von dessen Oberfläche her erstreckt» auf der sich die epitaktische Schacht befindet.
Bei einer, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens fallen die Teilchen nur örtlich auf den Halbleiterkörper ein, so dass die verstärkte Dotierungsdiffusion aus dem höher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet über nur einen Teil der Oberfläche des Uebergangs durchgeführt wird. Der Beschuss kann in Gegenwart einer Maske auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers durchgeführt werden, wobei die verstärkte Dptierungsdiffusion
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über einen Teil der Oberfläche dee Uebergangs erzeugt wird, der durch eine Oeffnung in der Maske definiert ist.
Bei einer Ausführungsform des-erfingunegemässen Verfahrens steht das einfallende Teilchenbündel praktisch senkrecht auf der Oberfläche dee niedriger dotierten Gebietes, wobei die krietallographische Orientierung des Körpers derartig ist, dass Kanalisierung des einfallenden Bündele in dieser Richtung erhalten wird. Bei einem Siliciumhalbleiterkörper werden z.B. die Teilchen in der -^M "ty -Richtung mit einem Bündel senkrecht zu der Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes kanalisiert, wenn die Ebene der Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes senkrecht zu der ^111^ -Richtung liegt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist das einfallende Bündel der Teilchen oder Ionen schräg zu der Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes gerichtet. So können z.B. in einem Siliciumhalbleiterkirper, in dem die Oberfläche des niedriger dotierten Ge- · bietes senkrecht zu der ^"111^ -Richtung liegt, die Teilchen oder Ionen in der <^110^ -Richtung durch Anwendung eines solchen schrägen Bündels kanalisiert und genau in der <^J 10 / -Richtung aus-
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gerichtet sein.
Das Verfahren lässt sich z.B. bei der Herstellung verschiedener Anordnungen, z.B. bei der Herstellung eines Bipolartransistors, verwenden, iji Äera die verstärkte Dotierungsdiffusion durchgeführt wird» um die Ausdehnung und die Dotierung eines Teiles des Kollektorgebietes, der sich unmittelbar unterhalb des Emittergebietes befindet, zu definieren .
Das Verfahren kann aber besonders vorteilhaft bei der Herstellung eines Grenzschicht»Feldeffekttransistors (JFEX) verwendet werden. Bei dieser Ausführungsfonn des Verfahrens kann die verstärkte Dotierungsdiffusion durchgeführt werden, um in einer epitaktischen Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp Wandteile des "Gate*1—Gebietes vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu definieren, die durch
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verstärkte Diffusion eines Dotierungsstoffes aus einer oder mehreren vergrabenen Schichten einer höheren Dotierung vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp erhalten sind, die sich auf der Substratoberfläche erstrecken, auf der die epitaktische Schicht liegt, wobei die genannten Wandteile des "Gate"-Gebietes einen praktisch konstanten gegenseitigen Abstand" aufweisen und somit ein Kanalgebiet des Feldeffekttransistors vom einen Leitfähigkeitstyp in der epi-
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taktischen Schicht definieren, wobei das genannte Kanalgebiet eine praktisch konstante Breite aufweist. Bei einer besonderen Ausführungsforra eines solchen Verfahrene zur Bildung eines Grenzschicht-Feldeffekttransistors ist das Substrat vom einen Leitfähigkeitstyp und enthält eine Anzahl getrennter hochdotierter vergrabener Gebiete vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wobei im Betriebszustand der Strom zwischen "Source"- und "Drain"-Elektroden auf dem Kanalgebiet in einer Richtung quer über die epitaktische Schicht in einem Teil oder 'Teilen der epitaktischen Schicht mit praktisch konstanter Breite fliesst, welche Breite durch die "Gate**- Wandteile definiert 1st, die in der erwähnten Schicht durch verstärkte Diffusion aus den genannten vergrabenen Gebieten erhalten sind.
1 Bei diesen JFET, in dem der Stom zwischen der Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes und der Substratoberfläche fliesst und die Dicke des Kanals durch den praktisch konstanten gegenseitigen Abstand der Wandteile des "Gate"-Gebietes bestimmt wird, kann die zu unterdrückende Spannung über die ganze Kanallänge praktisch konstant sein. Das Substrat bildet eine der beiden Elektroden, die die "Source"- und "Drain"—Elektroden bilden,und in dieser Anordnung kann der Widerstand in Reihe mit dem
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Kanal sehr niedrig gemacht werden.
Die Anordnung kann auch derart ausgebildet werden, dass der Teil oder die Teile des Kanalgebietes vom einen Leitfähigkeitstyp lateral auf allen Seiten von den "Gate"-Wandteilen vom entgegengesetzten Leitfähigleitstyp umgeben wird oder werden, so dass der Kanal von allen Seiten her verarmt werden kann. Daher können durch passende Wahl des Querschnittes des Teiles oder der Teile des Kanalgebietes die Ausgahgskennlinien der Anordnung vorher bestimmt werden.
In einer anderen besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, in der ein JFET gebildet wird, befindet sich die epitaktische Schicht auf einem Substrat vom einen Leitfähigkeitstyp, das an seine^rOberf lache ein einziges hochdotiertes vergabenes Gebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei im Betriebszustand der Strom im Kanalgebiet zwischen "Source"- und "Drain"-Elektroden auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht in einer zu der Oberfläche der epitaktischen Schicht praktisch parallelen Richtung in Teilen der epitaktischen Schicht mit praktisch konstanter Breite fliesst, welche Breite durch die "Gate"-Wandteile definiert ist, die in der erwähnte Schicht durch verstärkte Diffusion aus getrennten Teilen des
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hochdotierten vergrabenen Gebietes e-rhalten sind. Vorzugsweise wird in dieser Anordnung an der Oberfläche der epitaktischen Schicht eine weitere Schicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet, die aneinander grenzende "Gate"-Wandteile miteinander verbindet. In dieser Anordnung, in der der Strom in den Kanalteilen mit praktisch konstanter Breite praktisch völlig parallel zu der Oberfläche der epitaktisohen Schicht fliesst, ergeben sich ähnliche Vorteile in bezug auf die Steuerung der Aendeirang der Grenzspannung. In der genannten Anordnung, die die weitere Schicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, die aneinander grenzende "Gate"-Wandteile miteinander verbindet, ergibt sich der weitere Vorteil, dass der Kanal wenigstens teilweise vergraben und dort auf allen Seiten von dem "Gate"-Gebiet umgeben ist, das durch das vergrabene Gebiet voa entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, die "Gate"-Wandteile, die durch verstärkte Diffusion erhalten sind, und die weitere Schicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet wird. Bei einer derartigen Anordnung kann der Strom im Kanal von allen Seiten her unterdrückt werden, so dass gerade vor dem Unterdrückungszustand der Strom in einem mittleren Teil mit einer kleinen Oberfläche des Kanals fliesst. Diese Struktur kann eine hohe Ausbetite und eine
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niedrigere "Gate"-Kapazität haben. Ferner kann durch das Anbringen eines kleinen praktisch konstanten gegenseitigen Abstandes der "Gate"-Wandteile ein JFET, der normalerweise nichtleitend ist, bei einer "Gate"-Vorspannung gleich 0 bei weiterer passender Wahl der Dotierung der epitaktischen Schicht gebildet werden.
In den Figuren 2 und 3 wird auf einem mit Bor dotierten. p+-Siliciumsubstrat 1 mit einem spezifischen Widerstand von Ο,ΟΟΦί/Ί .cm und einer Dicke von 200 /um eine niedriger dotierte η-leitende epitaktische Schicht 2 mit einem spezifischen Wider- , stand von 5 -Ω «cm epitaktisch niedergeschlagen, welche Schicht als Donatordotierung Phosphor enthält und eine ?Dicke von 3 /um aufweist, Die Phosphordotierung in der epitaktischen Schicht ist nahezu gleichmässig^', und weist einen Wert von etwa 10 Atomen/cm3 auf. Die Ebenen der Oberfläche des Substrats und der epitaktischen Schicht liegen senkrecht zu der I 111J -Richtung. Auf der Oberfläche 3 der epitaktischen Schicht wird eine Siliciumoxydschicht h mit einer Dicke von 1200Ä durch Oxydation in feuchtem Sauerstoff bei erhöhter Temperatur angewachsen. Nach Oxydation wird eine Molybdänschicht 5 mit einer Dicke von etwa 1 /um auf der Siliciumoxydschicht h niedergeschlagen. Durch einen photo-
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lithographischen Aetzschrittt wird in der Molybdänschicht 5 und in der unterliegenden Silieiumoxydschicht k eine Oeffnung 6 angebracht, durch, die ein Oberflächenteil 7 der epitaktischen Schicht frei gelegt wird.
Der Halbleiterkörper wird dann in der
Auftreffkammer eines Prοtonenbeschleiuiigungsapparates angeordnet, wobei die Oberfläche 7 senkrecht zu der Bündelachse liegt, die daher mit der j 111| -Richtung zusammenfällt. Der Protonenbeschuss wird durchgeführt unter Erhitzung des HalbleiterkSrpers aixf 8OQ0C. Die Protonen treten durch die Oeffnung 6 in den Maskierungsschichten k und 5 in das Kristallgitter ein und bewegen sich durch offene Kanäle in der J 111J -Richtung des Kristallgitters, wobei die Anfangsenergie derart gewählt wird, dass der kanalisierte Bereich der Protonen etwa 3f2 /in» ist und also praktisch mit der Grenzfläche zwischen der ©pitaktischen Schicht und dem Substrat zusammenfällt. Die laterale Abweichung der kanalisierten Protonen ist besonders klein. Am Ende des kanalisierten Bereiches der Protonen ist die Menge bei Entkanalisierung ausgelöster Energie klein und die seitliche Streuung der Protonen ist vernachlässigbar. Die Protonen führen Störung in dem Kristallgitter in einer Oberfläche herbei, die praktisch mit der Oberfläche
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der Oeffnung 6 zusammenfällt. Bei der Erhitzungstemperature von 8öööG diffundieren Boratomen aus dem Hoher dotierten Substrat 1 über den Tlebergang in die Störstellen ein, die in der niedriger dotierten epitaktischen Schicht 2 herbeigeführt sind, Mit dem Kanalisierungsverfahren wird eine Gitterstarung über den ganzen kanalisierten Bereich '(süehe jFig-. 1.) in dem niedriger dotierten Gebiet .2 unter der Öe'ffnung 6 auftreten. Die Energie wird dann herabgesetzt;, um Störungen herbeizuführen und die Diffusion dbo dem Teil des Gebietes 2 in der Nähe der Oberfläche 3 zu, verstärken.
Das Ergebnis der verstärkten Dotierurigsdiffusion von Bor aus dem ρ —Substrat 1 in die niedriger dotierte η-leitende epitaktische Schicht 2 ist die Bildung des p-leitenden Gebietes 8 in der epitaktischen Schicht 2, wobei das Gebiet 8 unter der Oeffnung 6 liegt und in Projektion mit dieser Oeffnung zusammenfällnfc. In Fig. 2 ist das Protonen— bündel mit 9 bezeichnet, Der Teil 10 des pn-Ueberr gangs steht praktisch senkrecht auf der Oberfläche 3 . ■■■.-.·
Diese Ausführungsform zeigt" das Verfahren, bei dem kanalisierende Protonen mit einem gesteuerten Bereich zum Erzeugen einer verstärkten Diffusion über nur einen Teil eines Uebergangs zwischen
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einem höher dotierten Gebiet und einem niedriger dotierten Gebiet und zur Bestimmung eines weiteren Gebietes mit einer genau definierten praktisch konstanten seitlichen Ausdehnung verwendet werden. Das Verfahren kann auf ähnliche Weise für eine epitaktische Schicht und ein Substrat angewandt werden, die den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 enthält der Halbleiterkörper ein η-leitendes Siliciumsubstrat 1 mit einer Dicke von etwa 200 /um und einem spezifischen Widerstand von 0.01 Si- .cm, auf dem eine η -leitende epitaktische Schicht 12 mit einer Dicke von 3 /um und einem spezifischen Widerstand von 5 -l2 . cm liegt. Die Ebenen der Oberfläche des Substrats 11 und der Oberfläche 13 der epitaktischen Schicht liegen senkrecht zu der j 111 J -Richtung. In der Oberfläche des Substrats 11 werden eine Anzahl vergrabener ρ -Geb4*»te 14 angebracht, die durch Diffusion von Bor erhalten sind und eine diffundierte Oberflachenkonzentratxon an Bor von etwa 5 · 10 Atomen/cm3 aufweisen, wobei die vergrabenen Gebiete 14 sich bis zu je einer Tiefe von 0,5 /um in dem Substrat erstrecken. Die vergrabenen Gebiete 14 weisen in dem dargestellten Querschnitt je eine Breite von 8 /um auf und liegen in einem gegenseitigen Abstand von 3 /um. Auf der Oberfläche
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13 der epitaktischen Schicht 12 wird eine Siliciumoxudschicht 16 angewachsen, auf der eine Maskierungsschicht 17 aus Molybdän mit einer Dicke von etwa 1 /um liegt. Eine Anzahl Oeffnungen 18 wird in der Molybdänschicht und in der unterliegenden Siliciumoxydschicht gebildet, wobei diese Oeffnungen in dem dargestellten Querschnitt eine Breite von 5 /um· aufweisen und in einem gegenseitigen Abstand von 6 ,um liegen. Die Oeffnungen sind symmetrisch über die vergrabenen Gebiete \h angebracht und fluchten mit diesen Gebieten. Durch ein bereits in der vorangehenden Ausführungsform beschriebenes Verfahren werden die frei gelegten Oberflächenteile des Körpers einem Bündel einfallender Protonen ausgesetzt. In dieser Ausführungsform ist das Protonenbündel 19 in der 111 Richtung orientiert, wobei die Energie derart gewählt ist, dass der kanalisierende Protonenbereich anfänglich etwa 3»2 /um ist und die Temperatur, auf die der Körper während des Beschüsses erhitzt wird, 800°C beträgt, liie in der vorangehenden Ausführungsform liegt die Oberfläche der durch die koalisierten Protonen herbeigeführten Störung praktisch fluchtrecht zu der Oberfläche der Oeffnungen und tritt eine verstärkte Diffusion von Bor aus den ρ -leitenden vergrabenen Schichten 1k in die Störstellen in den obenliegenden epitaktischen Schichtteilen auf zur Bildung
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-H -
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p-leitender Gebiete 20, deren laterale Ausdehnung praktisch, konstant ist.
Fig. 5 zeigt den weiteren Schritt, in dem, auf der in Fig. fy dargestellten und erhaltenen Struktur weiterbauend, ein Grenzschicht-Feldeffekttransistor gebildet wird. In dieser Anordnung wird eine untiefe Diffusion hoher Konzentration an Bor in den Oeffnungen 18 durchgeführt zur Bildung einer Anzahl von ρ -Gebieten 22, so dass die pn-Uebergänge 21 zwischen den p-leitenden Gebieten 20, 22 und der η-leitenden epitaktischen Schicht 12 in der Oberfläche 13 unter der Siliciumoxydschicht 16 enden. In der Siliciumoxydschicht 16 werden Oeffnungen angebracht und es wird eine Metallkontaktschicht, z.B. aus einer Gold/Antimonlegierung, niedergeschlagen und durch einen phptolithographischen Aetzschritt definiert zur Bildung einer Anzahl Elektrodenoberflächen 2k auf den ρ -Oberflächengebieten 22 und einer Anzahl Elektrodenoberflächen 25 auf den zwischenliegenden Oberflächenteilen der η-leitenden epitaktischen Schicht. Eine Metallschicht 26 wird ebenfalls auf der Grundfläche des Substrats 11 angebracht. Bei dieser Grenzschicht-Feldeffekttransistorstruktur fliesst Strom in Kanalgebietteilen, die durch die η-leitenden Teile der epitaktischen Schicht 12 gebildet werden, die sich
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If
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zwischen den p-leitenden. Gebieten 20 befinden, die durch Beschuss induzierte verstärkte Dotierungsdiffusion aus den vergrabenen ρ -Gebieten "\h erhalten sind. Die Elektrodenoberflächen Zh werden miteinander verbunden und bilden zusammen mit den p—leitenden Gebieten Xh, 20 und 22 die "Gate"-Elektrode. Die Elektroden 25 werden miteinander verbunden und bilden die "Drain", wobei die "Source" durch das Substrat 11 und die darauf liegende Elektrode 26 gebildet wird. Der Stroqi in den Kanalteilen fliesst daher über die Dicke der epitaktischen Schicht und die Kanaldicke ist wegen des praktisch konstanten gegenseitigen Abstandes der p-leitenden Gebiete 20 praktisch konstant. In dieser Anordnung wird die Grenzspannung genau durch die praktisch konstante Kanaldicke bestimmt und auch der Widerstand in Reihe mit dem Kanal ist klein, Erwünschtenfalls können zum Erhalten verbesserter Kennlinien der Anordnung höher dotierte η-leitende Öberflächenteile unter der "Drain"-Elektrode 25 eingebaut werden.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, in der das einfallende Bündel schräg auf der Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes steht, In dieser besonderen Ausführungsform ist die Halbleiterstruktur gleich der nach Fig. 2, wobei entsprechende Teile mit den glei-
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chen Bezugsziffern bezeichnet sind, während die Oberfläche 13 auf gleiche Weise orientiert ist. D4e Oeffnungen 18 in der Molybdänmaskierungsschicht I7 und der unterliegenden SiIiciumoxydschicht Ί6 werden jedoch in bezug auf die unterliegenden ρ -leitenden vergrabenen Gebiete 14 verschoben. Die frei gelegten Oberflächenteile werden dem Beschuss mit einem Protonenbündel ausgesetzt, das in der I HoJ -Richtung ausgerichtet ist und somit schräg unter einem Winkel von 35*27° au:^ der Normale zu der Oberfläche steht. Dieser Protonenbeschuss, bei dem Kanalisierung der Protonen in der LIIOj -Richtung unter gleichzeitiger Erhitzung auftritt, liefert pleitende Gebiete 20 mit schrägen parallelen Seiten, aber einer praktisch konstanten seitlichen Ausdehnung.
Die Ausführungsform nach den Figuren 7-9 bezieht sich auf einen weiteren Grenzschicht-Feldeffekttransistor, in dem die gesteuerte Kanalisierung von Protonen zur Bestimmung der Ausdehnung der Kanalgebietteilfe mit praktisch konstanter Dicke verwendet wird. Diese Grenzschicht-Feldeffekttraneistorstrukir tür unterscheidet eich jedoch von der nach Fig. 5 dadurch, dass der Strom in den Kanalteilen einer epitaktischen Schicht praktisch parallel zu <jter Oberfläche des Halbleiterkörpers fliesst.
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Der Halbleiterkörper enthält ein n-leitendes Siliciumsubstrat 31 mit einer Dicke von 200 /um und einem spezifischen Widerstand von 10 Jü.cm.· De Oberfläche des Substrats 31 ist senkrecht zu der
L110J -Richtung orientiert. Auf dem Substrat 31 befindet sich eine η-leitende epitaktische Siliciumschicht 32 mit einem spezifischen Widerstand von entweder 2 -Q.. cm oder 10-Ji , cm, je nach den Kennlien der Anordnung, wie nachstehend im Detail beschrieben werden wird. Die Dicke der epitaktischen Schicht 32 ist 3 /tun. Auf der Oberfläche 33 der epitaktisehen Schicht 32 befindet sich eine Siliciumoxydschicht 3h, An der Grenzfläche zwischen dem Substrat 31 und der epitaktischen Schicht 32 befindet sich ein ρ -leitendes vergrabenes Gebiet 35» das sich über 0,5 /um in dem Substrat erstreckt und durch .Diffusion von Bor mit
20 einer Sberflächenkonzentration von etwa 5 x 10 Atomen/cm3" erhalten ist. Der pn-Uebergang zwischen den vergabenen Gebiet 35 und dem Substrat 31 ist mit 36 bezeichnet. Durch die epitaktische Schipht 32 erstrecken sich Wandteile 38 vom p-Leitfähifkeitstyp, die durch durch Beschuss mit kanalisierten Protonen induzierte verstärkte Dotierungsdiffusion aus Teilen der ρ -leitenden vergrabenen Schicht 35 in die obenliegenden η-leitende- epitaktische Schicht 32 erhalten sind. Die Breite der Wandteile im Querschnitt
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nach Fig. 8 ist 3 /um und der gegenseitige Abstand dieser Teile beträgt gleichfalls 3 /um. Diese Wandteile bestehen aus fünf zentral angebrachten Teilen
mit einer rechteckigen Oberfläche und einem äusseren rechteckigen Streifenteil. In der Nähe der Oberfläche der epitaktischen Schicht befindet sich eine mit Bor implantierte ρ -Schicht 39 t die die Wandteile 38 der p+-"Gate"-Elektrode an der Oberfläche miteinander verbindet und oberhalb der n-leitenden Kanalteile liegt, die in der epitaktischen Schicht durch die "Gate"-Wandteile definiert sind. Die p+- Schicht 39 weistt zwei rechteckige Oeffnungen auf, die sich auf einander gegenüber liegenden Seiten der fünf zentral angebrachten "Gate"-Wandteile befinden. Die η-leitenden Kanalteile kO sind somit in der epitaktischen Schicht vergraben und allseitig von dem zusammengesetzten p-leitenden Gebiet umgeben, das durch die vergabene Schicht 35» die "Gate"-Wandteile 38 und die Oberflächenschicht 39 gebildet wird. Die Enden der p-leitenden Wandteile 38, zwischen denen die Kanalteile definiert werden,
sind in Fig. 7 mit strichpunktierten Linien angegeben, während der Abschluss in der Oberfläche des pn-Uebergangs zwischen der ρ -Schicht 39 und der n-leltenden epitaktischen Schicht in Fig. 7 mit der gestrichelten Linie 37 angegeben ist. Auf ein-
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ander gegenüber liegenden Seiten der mittleren Ober-' fläche, unterhalb deren sich, die vergrabenen Kanalteile befinden, und innerhalb der rechteckigen Oeffnungen in der ρ ^Schicht 39 befinden sich rechteckige n+-"Source"- und "Drain"-Elektrodengebiete 41, 42, die durch Diffusion von Phosphor in die Oberflächte; der epitaktischen Halbleiterschicht gebildet sind. "Source"- und "Drain"-Elektrodenmetallschichten 43 und 44 erstrecken sich in den Oeff nungen in der Isolierschicht 34 in Berührung mit den η -Oberflächengebieten 41 bzw. 42. Eine mittlere rechteckige "Gate"-Elektrode 45 erstreckt sich auf der Isolierschicht 34 und in weiteren Oeffhungen in der Isolierschicht 34, die sich unmittelbar oberhalb der Wand— teile 38 der p-leitenden "Gate"-Elektrode befinden. In dieser Anordnung fliesst Strom zwischen dem "Source"-Elektrodengebiet 41 und dem "Drain"- Elektrodengebiet 42 über die vegrabenen Kanalteile 4o. Die seitliche Ausdehnung der Teile 40 ist praktisch konstant, weil die Wandteile der p-leitenden "Gate"-Elektrode, die teilweise die Kanalteile 40 definieren, eine praktisch konstante seitliche Abmessung und einen konstanten gegenseitigen Abstand aufweisen. Wegen dieser praktisch konstanten Dicke der Kanalteile kann eine Aenderung der Grenzspannung für verschiedene Teile der Struktur verhältnismässig
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gering sein. Der Strom kann von allen Seiten her in den Teilen ko unterdrückt werden, so dass im Grenzfall gerade vor der vollständigen Unterdrückung der Strom in einer mittleren Oberfläche mit einem sehr kleinen Querschnitt längs der Teile ^O fliesst. Diese Anordnung ist ein Grenzschicht-Feldeffekttransistor mit hoher Verstärkung und weist eine niedrige "Gate"-Kapazität im Vergleich zu den üblichen planaren Grenzschicht-Feldeffekttransistoren auf, die durch Doppeldiffusionsverfahren erhalten sind. Die . Anordnung kann durch geeignete Dotierung der nleitenden epitaktischen Schicht erhalten werden, derart, dass die Breite der Erschopfungsschicht des Uebergangs mit dem "Gate"-Gebiet,
a) nicht genügend ist, um den Kanal bei einer "Gate"-Spannung 0 zu sperren oder
b) wohl genügend ist, um den Kanal bei einer "Gate"-Vorspannung 0 zu sperren.
Im letzteren Falle handelt es sich um einen sogenannten "normally off"-Grenzschicht»Feldeffekttransistor und Leitung wird durch das Anlegen einer Vorspannung in der Durchlassrichtung zwischen der "Source" und der "Drain" in Gang gesetzt. Für Kanalgebiete der angegebenen Abmessungen liefert eine n—leitende epitaktische Schicht von 2 Q. .cm einen "normally on"~ Grenzschicht-Feldeffekttransistor und liefert eine
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η-leitende epitaktische Schicht mit einem spezifischen Widerstand von 10 Cl .cm einen "normally off"-Grenzschicht-Feldeffekttransistor.
Nun wird die Herstellung des Grenzschicht-Feldeffekttransistors nach den Figuren 7 bis 9 beschrieben, sofern es das Verfahren nach der Erfindung anbelangt. Durch übliche planare Diffusionsvorgänge wird in der Oberfläche eines n-leitenden Siliciumsubstrats, das senkrecht zu der f110J -Richtung orientiert ist, eine rechteckige ρ leitende vergrabene Schicht 35 gebildet. Das Substrat weist eine Dicke von 200 /um und einen spezifischen Widerstand von 10 Cl .cm auf. Dann wird durch ein übliches Verfahren eine η-leitende epitaktische Schicht mit einem geeigneten spezifischen' Widerstand der obenbeschriebenen Art auf dem Substrat angebracht und wird eine Siliciumoxydschicht auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht angewachsen. Die diffundierten η -Gebiete hl und 42 werden durch ein rübliches planares Diffusionsverfahren gebildet. Auf der Oberfläche der auf der epitaktischen Schicht liegenden Oxydschicht wird anschliessend eine Nichromschicht angebracht. Dann werden in der Nichromschicht Oeffnungen angebracht, die oberhalb der ρ leitenden vergrabenen Schicht 35 in Oberflächen liegen, auf denen die "Gate"-Wandteile gebildet
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werden müssen. Die Oeffnungen enthalten am Umfang einen rechteckigen Streifen mit einer Breite von 3 /tun und fünf zentral angebrachte in gleichen Abständen voneinander liegende Streifen mit einer Breite von 3 /im und einem gegenseitigen Abstand von ebenfalls 3 /um.
Unter Verwendung der verbleibenden Teile der Nichromschicht als Maske wird dann ein Protonenbeschussschritt durchgeführt, wobei das Protoraenbün— del senkrecht zu der Oberfläche der epitaktischen äehicht orientiert ist und somit mit der -Richtung fluchtet. Die Bedingungen des Protonenbeschusses entsprechen denen des bereits beschriebenen Beispiels nach Fig. 4. Die verstärkte Diffusion von Bor aus Teilen der vergrabenen Schicht 35 infolge von Störstellen, die von den kanalisierten Protonen in der obenliegenden epitaktischen Schicht erzeugt sind, liefert die "Gate"-Wandteile 38 mit einer praktisch konstanten seitlichen Abmessung von etwa 3 /um.
Dann wird ein Teil der Nichromschicht entfernt, so dass zwei rechteckige Teile, die oberhalb der η -Gebiete 41 und 42 liegen und eine etwas grössere Oberfläche als diese Gebiete aufweisen, und ein äusseres ausserhalb der Oberfläche der ρ -leitenden vergrabenen Schicht 35 liegendes Gebiet verbleiben.
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Ein BQrimplantationsschritt wird danach unter Verwendung der verbleibenden Teile der Nichromschicht als Maske durchgeführt. Die verbleibenden Nichromschichtteile werden anschliessend entfernt, wonach eine kurzzeitige Ausglühbehandlung bei 9000C zur Bildung der p+-0berflächenschicht 39 durchgeführt wird. In der Oxydoberflächenschicht werden Oeffnungen angebracht, durch die die η -Gebiete 41 und 42 und die Teile der ρ -Oberflächenschicht 39, an denen sich die erwähnte Schicht oberhalb des ρ -"Gate"- ¥andteiles 38 befindet, frei gelegt werden. Dann wird eine Aluminiumschicht auf der ganzen Oberfläche und in den genannten Oeffnungen niedergeschlagen und weiter durch einen photolithographischen Aetzschritt definiert zur Bildung der "Source"-Elektrode 43, der "Drain"-Elektrode 44 und der "Gate"-Elektrode 45.
Es ist einleuchtend, dass im ^Rahmen der Erfindung für den Fachmann noch viele Abwandlungen möglich sind. Das Verfahren nach der Erfindung kann bei der Herstellung von von Feldeffekttransistoren verschiedenen Anordnungen, wie Bipolartransistoren, Anwendung finden. Bei den letzteren Anordnungen mit einer üblichen Planarstruktur kann die Profilierung der Dotierungskonzentration des Kollektorgebietes unmittelbar, unterhalb des Emittergebietes auf besonders vorteilhafte Weise durch Anwendung des er-
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findungsgemässen Verfahrens erzielt werden. Der höher dotierte profilierte Teil des Kollektorgebietes mit einer praktisch konstanten lateralen AunÜehnung, der durch dieses gesteuerte Kanalisierungsverfahren erhalten wird, erleichtert die Anwendung einer vergrabenen Schicht mit der gewünschten niedrigeren Dotierungskonzentration und mit niedrigeren Diffusionszeiten als bisher für diesen Profilierungsschritt verwendet wurden.
Das Verfahren nach der Erfindung kann auch bei der Herstellung eines lateralen bipolaren Transistors zum Erhalten einer Anordnung mit einer genau gesteuerten Basisbreite verwendet werden. Diese Transistorstruktur kann z.B. dadurch erhalten werden, dass zunächst Doppeldiffusions- oder Ionenimplantationstechniken verwendet werden, um in einem Substrat vom einen Leitfähigkeitstyp erste bzw. zweite Oberflächengebiete vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und vom einen Leitfähigkeitstyp zu bilden, wobei das zweit© Gebiet innerhalb des ersten Gebietes liegt, das seinerseits innerhalb des Substrates liegt» Die epitaktische Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp wird danach auf dem Substrat angebracht, um das erste und das zweite Gebiet zu vergraben, wonach ein Protonenbeschussciritt mit gesteuerter Kanalisierung durchgeführt wird, um die
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verstärkte Diffusion eines Dotierungsstoffes in das erste und das zweite Gebiet in der epitaktisehen Schicht herbeizuführen und so eine laterale Transistorstruktur zu definieren, in der das Basisgebiet, das durch die verstärkte Diffusion des Dotierungsstoffes aus dem ersten Gebiet in der epitaktischen Schicht erhalten ist, eine praktisch konstante Breite aufweist.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Grenzschicht-Feldeffekttransistorstruktur können die vergrabenen Gebiete 1^ derart angebracht und kann der Protonenbeschuss derart durchgeführt werden, dass die Wandteile 20 der p-leitenden "Gate"-Elektrode eine Anzahl völlig eingeschlossener η-leitender Kanalgebietteile definieren, die von allen Seiten her gesperrt werden können; diese Kanalgebietteilt können z.B.. einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wenn bei Maskierung zum Definieren
a) der vergrabenen Schichten 14 und
b) der Oeffnungen in der Schicht 16„ 17 für Protonenbeschuss eine Maske verwendet wird, die eine Anzahl kreieförmiger Oeffnungen aufweist. Es dürfte einleuchten, dass die Kanalgebietteile mit anders gestalteten Querschnitten angebracht werden können; die Querschnitte können z.B, dreieckig gestaltet sein, Jedenfalls wird jede besondere Form gewählt, um die
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verlangten Kennlinien der Anordnung zu erhalten. Das Verfahren nach der Erfindung kann statt bei der Herstellung diskreter Schaltungselenente, wie in den vorangehenden Ausführungsformen beschrieben wurde, auch bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen verwendet werden, insbesondere wenn es erwünscht ist, ein Gebiet mit genau gesteuerten praktisch konstanten seitlichen Abmessungen zu bilden.
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Claims (18)

  1. PHB 32191
    Patentansprüche:
    Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem in einem Hälbleiter.körper mit einem Uebergang zwischen einem höher dotierten Gebiet und einem niedriger dotierten Gebiet durch Strahlung eine verstärkte Diffusion eines Dotierungs— stoffes über den Uebergang aus dem höher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet herbeigeführt wird, wodurch in dem niedriger dotierten Gebiet ein weiteres Gebiet gebildet wird, dessen seitliehe Ausdehnung praktisch konstant ist, wobei die erwähnte durch Strahlung verstärkte Diffusion dadurch durchgeführt wird, dass ein Bündel energiereicher Teilchen von der Seite des niedriger dotierten Gebietes her auf den Uebergang gerichtet wird, wodurch die Kristallstruktur in dem niedriger dotierten Gebiet wenigstens in der Nähe des Uebergangs gestört wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung des Halbleiterkorpers in bezug auf das einfallende Bündel und die Energie der Teilchen derart gewählt werden, dass Kanalisierung ("channeling") der Teilchen durch das Kristallgitter des Halbleiterkörpers hindurch .über einen Kanalisierungsbereich in dem niedriger dotierten Gebiet erreicht wird, der sich wenigstens bis zu dem Uebergang und praktisch nicht ausserhalb des Uebergangs erstreckt".
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    - 4ο -
    PHB 32191
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalisierung von Teilchen durchgeführt wird, um Störung der Kristallstruktur über die ganze Länge des niedriger dotierten Gebietes, das von den genannten Teilchen durchlaufen wird, herbeizuführen, wodurch das weitere Gebiet mit praktisch konstanten seitlichen Abmessungen, das durch die verstärkte Diffusion erhalten ist, sich zwischen dem Uebergang und einer Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes erstreckt, die von dem erwähnten Uebergang abgekehrt ist.
  3. 3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das niedriger dotierte Gebiet sich bis zu einer von dem Uebergang abgekehrten Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckt» und dass die Teilchen auf die erwähnte Oberfläche einfallen.
  4. U. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen Protonen sind.
  5. 5· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, dass das höher dotierte Gebiet und das niedriger dotierte Gebiet den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass der
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    PHB 32191
    Uebergang praktisch mit der Grenzfläche zwischen dem Substratgebiet des Körpers und einer darauf liegenden epitaktischen Schicht zusammenfällt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das höher dotierte Gebiet im wesentlichen in dem Substratgebiet und das niedriger dotierte Gebiet in der epitaktischen Schicht liegt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass das höher dotierte Gebiet aus einer vergrabenen Schicht besteht, die sich in dem Substratgebiet von der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht her erstreckt.
  9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen nur örtlich auf den Halbleiterkörper einfallen, so dass die verstärkte Dotierungsdiffusion aus dem höher dotierten Gebiet in das niedriger dotierte Gebiet über nur einen Teil der Oberfläche des Uebergangs durchgeführt wird.
  10. 10. Verfahren nach. Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchenbeschuss in Gegenwart einer Maske auf der Halbleiteroberfläche durchgeführt
    wird, wobei die verstärkte Dotierungsdiffusion über einen Teil des Uebergangs durchgeführt wird, der durch eine Oeffnung in der Maske definiert ist.'
  11. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der
    3 ü ü ü i 0 / 0 0 6 J
    PHB 32191
    Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das einfallende Teilchenbündel praktisch senkrecht auf der Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes steht, wobei die kristallographische Orientierung des Körpers derartig ist, dass in dieser Richtung Kanalisierung des einfallenden Bündels erhalten wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper aus Silicium besteht, und dass die Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes senkrecht zu der I 1111 -Richtung liegt, wobei die Teilchen in der M1II -Richtung kanalisiert werden.
  13. 13· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper aus Silicium besteht, und dass die Oberfläche des niedriger dotierten Gebietes senkrecht zu der J 111 I -Richtung liegt, wobei die Teilchen in der I 110 j -Richtung kanalisiert werden.
  14. 14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 13, zur Herstellung eines Grenzschicht-Feldeffekttransistors (JFET), dadurch gekennzeichnet, dass die verstärkte Dotierungsdiffusion durchgeführt wird zur Bildung in einer epitaktisehen Schicht vom einen Leitfähigkeitstyp von Wand toi Um nines "Gate"-Gebie tes vom entgegütigesützton Lo L tfühifjko.i. fcri typ durch verstärk to Diffusion
    J (J «J Mil)/ 0 0 ti 3
    PHB 32191
    eines Dotierungsstoffes aus einer oder mehreren höher dotierten vergrabenen Schichten vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, wobei die erwähnten "Gate"-Wandteile einen praktisch konstanten gegenseitigen Abstand aufweisen und wenigstens ein Kanalgebiet des Feldeffekttransistors vom einen Leitfähigkeitstyp in der epitaktischen Schicht definieren, wobei das genannte Känalgehiet eine praktisch konstante Breite aufweist.
  15. 15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vom einen Lei±fähigkeitstyp ist und eine Anzahl getrennter höher dotierter vergrabener Gebiete vom entgegengesetzten Leitfähig— keitstyp enthält, wobei im Betriebszustand der Strom zwischen."Source"- und "Drain"-Elektrqden auf dem Kanalgebiet in einer Richtung quer über die epitaktische Schicht in einem Teil oder Teilen der epitaktischen Schicht mit praktisch konstanter Breite fliesst, welche Breite durch die "Gate"-Wandteile bestimmt wird, die in der genannten Schicht durch verstärkte Diffusion aus den genannten vergrabenen Gebieten erhalten sind.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vom einen Leitfähigkeitstyp ist und an seiner Oberfläche ein einziges höher dotiertes vergrabenes Gebiet vom entgegenge-
    PHB 32191
    setzten Leitfähigkeitstyp enthält, wobei im Betriebszustand der Strom zwischen "Source"- und "Drain"-Elektroden auf dem Kanalgebiet in einer zu der Oberfläche der epitaktischen Schicht praktisch parallelen Richtung in Teilen der epitaktischen Schicht mit einer praktisch konstanten Breite fliesst, welche Breite durch die "Gate1·*·Wandteile bestimmt wird, die in der erwähnten Schicht durch verstärkte Diffusion aus getrennten Teilen des höher dotierten vergrabenen Gebietes erhalten sind.
  17. 17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche der epitaktischen Schicht eine weitere Schicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden ist, die aneinander grenzende "Gate"-Wandteile miteinander verbindet.
  18. 18. Halbleiteranordnung, die durch Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 hergestellt ist.
    309810/0863
    HS ,
    Lee rs e i t e
DE2243592A 1971-09-06 1972-09-05 Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung und durch dieses verfahren hergestellte halbleiteranordnung Withdrawn DE2243592A1 (de)

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