DE2243988C3 - Hableiteranordnung mit mindestens einem MIS-Kondensator - Google Patents

Hableiteranordnung mit mindestens einem MIS-Kondensator

Info

Publication number
DE2243988C3
DE2243988C3 DE2243988A DE2243988A DE2243988C3 DE 2243988 C3 DE2243988 C3 DE 2243988C3 DE 2243988 A DE2243988 A DE 2243988A DE 2243988 A DE2243988 A DE 2243988A DE 2243988 C3 DE2243988 C3 DE 2243988C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
semiconductor arrangement
arrangement according
insulating layer
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2243988A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2243988B2 (de
DE2243988A1 (de
Inventor
Hugo Dipl.-Phys. Dr. 8035 Gauting Ruechardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE2243988A priority Critical patent/DE2243988C3/de
Priority to AT659773A priority patent/AT325122B/de
Priority to CH1103773A priority patent/CH560455A5/xx
Priority to GB3690473A priority patent/GB1407339A/en
Priority to NL7311878A priority patent/NL7311878A/xx
Priority to IT28444/73A priority patent/IT993110B/it
Priority to FR7331857A priority patent/FR2199180B1/fr
Priority to SE7312160A priority patent/SE383584B/xx
Priority to CA180,432A priority patent/CA1007746A/en
Priority to JP48101010A priority patent/JPS4968689A/ja
Publication of DE2243988A1 publication Critical patent/DE2243988A1/de
Publication of DE2243988B2 publication Critical patent/DE2243988B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2243988C3 publication Critical patent/DE2243988C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4983—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET with a lateral structure, e.g. a Polysilicon gate with a lateral doping variation or with a lateral composition variation or characterised by the sidewalls being composed of conductive, resistive or dielectric material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
    • H01L27/14825—Linear CCD imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42396—Gate electrodes for field effect devices for charge coupled devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/92—Capacitors having potential barriers
    • H01L29/94—Metal-insulator-semiconductors, e.g. MOS
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Halbleiteranordnung mit einem derartigen MIS-Kondensator ist bekannt (»RCA Review«, Bd. 31, Nr. 2 (Juni 1970), Seiten 342 bis 354.
Bisher waren MIS-Kondensatoren in Ladungsübertragungsbauelementen generell so gestaltet, daß für jeden Spannungswert zwischen den Elektroden eines Kondensators entweder eine homogene laterale Verteilung oder allenfalls eine gleichsinnige laterale Verlagerung des Ortes des niedrigsten Potentials, das heißt, der Senke für die eingefangenen oder die übernommenen Ladungen erzielt wurde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für verschwindende oder sehr kleine Vorspannungen bei MIS-Halbleiterkondensatoren auch ohne Einwirkung auf die Dicke der Isolierschicht und ohne die Verwendung von lokal unterschiedlich geschichteten Isoliermaterialien eine unabhängige Beeinflussung des Ortes des niedrigsten Potentials zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Durch die Erfindung ist eine besonders verlustarme ί Sammlung von Ladungen oder eine Beeinflussung der Richtung des Ladungstransportes von einem MIS-Kondensator zu einem benachbarten MIS-Kondensator möglich. Damit sind beispielsweise die Eigenschaften eines Halbleiter-Vidikons, das auf
ίο dem Prinzip eines MIS-Ladungsübertragungsregisters beruht, verbesserbar, da die Orte des niedrigsten beziehungsweise des höchsten Oberflächenpotentials je nach der Höhe des anliegenden Gesamtpotentials verändert werden können.
i) Die elektrisch leitende Schicht ist in jedem Betriebszustand als gesamtes an das gleiche Potential beziehungsweise an die gleiche Zeitfolge von unterschiedlichen Potentialen angeschlossen. Durch die unterschiedlichen Kontaktpotentiale der verschiedenen Materialien für die Elektrode werden lokale Unterschiede in der Kontaktpotentialdifferenz zu dem darunter vorgesehenen Halbleiterkörper bewirkt.
Allgemein gilt für die effektive Spannung Uo an einen MIS-Kondensator
V0 = - Qss + U1
ΉΜ >
wobei d die Dicke der Isolierschicht, ε, die Dielektrizitätskonstante, Qss die effektive Grenzflächenladung und Uhm<üs Kontaktpotentialdifferenz bedeuten.
Ebenso wie die effektive Spannung ist auch die Einsatzspannung für die Inversion oder auch das Oberflächenpotential bei einer gegebenen Vorspannung durch die Kontaktpotentialdifferenz additiv
j-) verschoben. Wenn Ut die Transistoreinsatzspannung bedeutet, bei der die Minoritätsträgerladungsdichte an der Oberfläche gleich der Majoritätsträgerladungsdichte im Volumen ist, dann gilt:
2kT , N UT = U0 + In 1
Dabei bedeuten N die Dotierungskonzentration des Halbleiters, n, die Elektronendichte im eigenleitenden, undotierten Halbleiter, ε« die Dielektrizitätskonstante des Halbleiters, ε/ die Dielektrizitätskonstante des Isolators, q die Elementarladung, 7"die Temperatur und fcdie Boltzmannkonstante.
Daraus folgt, daß auch UT direkt über die Kontaktpotentialdifferenz verschoben werden kann, da auch QS5 nicht zwingend von den Eigenschaften des Elektrodenmetalls abhängt.
Während sich bei einem MIS-Kondensator mit einem einheitlichen Elektrodenmetall und einer unterschiedlichen Dicke der Isolierschicht in den verschiedenen Teilbereichen unterschiedliche Oberflächenpotentialwerte meistens erst bei einer von Null an anwachsenden Kondensatorvorspannung aufbauen, stellt sich durch die Einführung von einer vorzugsweise metallisch leitenden Schicht als Elektrodenmaterial aus zwei Teilschichten mit unterschiedlichem Kontaktpotential ein von der Vorspannung praktisch unabhängiger Unterschied des Halbleiteroberflächenpotentials zwischen diesen Bereichen des gleichen Potentials der leitenden Schicht beziehungsweise der Elektrode, aber mit unterschiedlichem Elektrodenmaterial ein. Die oben angegebenen Potentiale sind zunächst als Spontanwerte kurz nach
der Aufprägung einer bestimmten Kondensatorspannung zu verstehen, ohne daß durch Ausgleichsvorgänge über eine Trägerregeneration schon Verschiebungen zustande gekommen wären. Derartige Ladungen oder auch optisch erzeugte, beziehungsweise an bestimmten festgelegten Stellen des Halbleiterkörpers injizierte Ladungen werden bei den lateralen Oberflächenpotentialsenken eingefangen und wieder für Zeiten, die klein sind gegenüber den durch thermische Generation verursachten Ausgleichzeiten, festgehalten oder einer Ladungsübertragung unterworfen.
Beispielsweise bestehe bei einem Silicium-Halbleiterkörper mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ω cm und einer Isolierschicht aus Siliciumdioxid mit einer Schichtdicke von 100 nm die elektrisch leitende Schicht aus Aluminium und direkt benachbart aus einem p+-leitenden Silicium. Damit entsteht eine Kontaktpotentialdifferenz von 1,2 V. Werden dagegen für die Teilschichten bei demselben Halbleitermaterial Gold und Aluminium verwendet, so entsteht eine Kontakt-Potentialdifferenz von 1,3 V. Diese Kontaktpotentialdifferenz beträgt bei Nickel und Aluminium 0,7 V und bei Nickel und n+-leitendem Silicium 0,6 V.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin, daß die Isolierschicht unter den Teilschichten verschieden dick ist Beispielsweise ist es möglich, unterhalb einer Teilschicht aus Aluminium, eine Schichtdicke der Siliciumdioxidschicht von 150 nm vorzusehen. Als Halbleiterkörper dient dabei η-leitendes Silicium. Für den Fall einer sehr kleinen oder einer verschwindenden jo Vorspannung bildet sich dann eine Oberflächenpoientialsenke mit Einfangeigenschaften für Defektelektronen im Halbleiterkörper bevorzugt unter der Teilschicht aus Aluminium aus, während bei einer zunehmenden Vorspannung die eingefangenen Ladungen sich unter der Teilschicht aus p+-leitendem Silicium sammeln.
Damit gelingt es, einen lateralen Ladungsstrom zwischen den Teilschichten im Takt einer Vorspannungsänderung am gesamten Kondensator zu bewirken. 4« Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,
F i g. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.
In den Figuren werden sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In F i g. 1 ist auf einem Halbleiterkörper 1 aus Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ω cm, der η-leitend ist und dessen Dotierung kleiner als lO'Vcm3 ist, eine Isolierschicht 2 aus Siliciumdioxid, die einige 10 bis 100 nm dick ist, angeordnet Auf der Isolierschicht 2 ist eine elektrisch leitende Schicht aus einer ersten Teilschicht 3 und einer zweiten Teilschicht 4 vorgeseijen. Als Teilschicht 3 und 4 können verschiedene Metalle und/oder hoch dotierte, als Elektroden dienende Halbleiterschichten vorgesehen sein. Die Metallschichten 3 und 4 können miteinander in einem unmittelbaren Kontakt stehen oder voneinander durch einen Spalt in der Größenordnung der Dicke der Isolierschicht 2 getrennt sein. Wichtig ist lediglich, daß die beiden Teilschichten verschiedene Kontaktpotentiale besitzen und über einem gemeinsamen Anschluß 6 miteinander verbunden sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel grenzen die beiden Teilschichten an der Stelle 5 aneinander. Bei einer kleinen Vorspannung stellt sich die durch 7 dargestellte Raumladungszone (Spontanwert) ein. Eine größere Vorspannung besitzt eine breitere Raumladungszone 8 (Spontanwert).
Bei dem in der F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Isolierschicht 2 unter den Teilschichten 3 und 4 eine verschiedene Schichtdicke auf. Beide Teilschichten 3 und 4 liegen an demselben gemeinsamen Anschluß 6. Der Anschluß 6 ist bei den Ausführungsbeispielen (Fig. 1 und 2) über eine Spannungsquelle 9 mit dem Halbleiterkörper 1 verbunden. Beispiele für ein elektropositives Kontaktpotential bildet Platin, Gold, Silber und p+-leitendes Silicium. Beispiele für ein elektronegatives Kontaktpotential sind Aluminium, Magnesium, η+ -leitendes Silicium.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Halbleiteranordnung mit mindestens einem aus einer elektrisch leitenden Schicht, mindestens einer Isolierschicht und einer Halbleiterzone eines Halbleiterkörpers bestehenden MIS-Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht aus zwei nebeneinanderliegenden elektrisch leitend miteinander verbundenen Teilschichten (3, 4) mit unterschiedlichem Kontaktpotential zum Halbleiterkörper (1) besteht.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Teilschichten (3, 4) Metalle und/oder stark dotierte und gut leitende Halbleiterschichten vorgesehen sind.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Teilschicht aus einem der folgenden Materialien besteht: Pt, Au, Ag, p+-leitendes Silicium, wobei die andere Teilschicht aus einem der folgenden Materialien besteht: Al, Mg, η+-leitendes Silicium.
4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) unter den Teilschichten (3, 4) jeweils die gleiche Dicke aufweist.
5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) unter den Teilschichten (3, 4) verschieden dick ist.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) unter den Teilschichten (3, 4) aus unterschiedlichen Materialien besteht.
7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht zwischen 10 und 100 nm dick ist.
8. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus Siliciumdioxid besteht.
9. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung des Halbleiterkörpers kleiner als 10l7/cm3 ist.
DE2243988A 1972-09-07 1972-09-07 Hableiteranordnung mit mindestens einem MIS-Kondensator Expired DE2243988C3 (de)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2243988A DE2243988C3 (de) 1972-09-07 1972-09-07 Hableiteranordnung mit mindestens einem MIS-Kondensator
AT659773A AT325122B (de) 1972-09-07 1973-07-26 Halbleiteranordnung
CH1103773A CH560455A5 (de) 1972-09-07 1973-07-30
GB3690473A GB1407339A (en) 1972-09-07 1973-08-03 Semiconductor arrangements
NL7311878A NL7311878A (de) 1972-09-07 1973-08-29
IT28444/73A IT993110B (it) 1972-09-07 1973-08-31 Dispositivo a semiconduttori
FR7331857A FR2199180B1 (de) 1972-09-07 1973-09-04
SE7312160A SE383584B (sv) 1972-09-07 1973-09-06 Halvledaranordning innefattande minst en kondensator
CA180,432A CA1007746A (en) 1972-09-07 1973-09-06 Semiconductor charge transfer electrodes
JP48101010A JPS4968689A (de) 1972-09-07 1973-09-07

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2243988A DE2243988C3 (de) 1972-09-07 1972-09-07 Hableiteranordnung mit mindestens einem MIS-Kondensator

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2243988A1 DE2243988A1 (de) 1974-03-14
DE2243988B2 DE2243988B2 (de) 1979-07-05
DE2243988C3 true DE2243988C3 (de) 1980-03-20

Family

ID=5855747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2243988A Expired DE2243988C3 (de) 1972-09-07 1972-09-07 Hableiteranordnung mit mindestens einem MIS-Kondensator

Country Status (10)

Country Link
JP (1) JPS4968689A (de)
AT (1) AT325122B (de)
CA (1) CA1007746A (de)
CH (1) CH560455A5 (de)
DE (1) DE2243988C3 (de)
FR (1) FR2199180B1 (de)
GB (1) GB1407339A (de)
IT (1) IT993110B (de)
NL (1) NL7311878A (de)
SE (1) SE383584B (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1074009A (en) * 1975-03-03 1980-03-18 Robert W. Brodersen Charge coupled device memory

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3651349A (en) * 1970-02-16 1972-03-21 Bell Telephone Labor Inc Monolithic semiconductor apparatus adapted for sequential charge transfer

Also Published As

Publication number Publication date
FR2199180B1 (de) 1982-03-05
JPS4968689A (de) 1974-07-03
FR2199180A1 (de) 1974-04-05
IT993110B (it) 1975-09-30
NL7311878A (de) 1974-03-11
SE383584B (sv) 1976-03-15
CA1007746A (en) 1977-03-29
AT325122B (de) 1975-10-10
GB1407339A (en) 1975-09-24
DE2243988B2 (de) 1979-07-05
DE2243988A1 (de) 1974-03-14
CH560455A5 (de) 1975-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3046749C2 (de) MOS-Transistor für hohe Betriebsspannungen
DE69224709T2 (de) Halbleiteranordnung mit verbesserter Durchbruchspannungs-Charakteristik
DE2805170C2 (de)
DE2810597C2 (de) Elektrische Bauelementstruktur mit einer mehrschichtigen Isolierschicht
DE69032479T2 (de) Verbesserter Dünnfilmvaraktor
DE3136682C2 (de)
DE3413829C2 (de)
DE2730202A1 (de) Halbleiterspeicher
DE2050289B2 (de) Steuerbarer Halbleitergleichrichter
DE2148948C3 (de) Speicheranordnung mit Ein-Transistor-Speicherelementen
DE1913053B2 (de) Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode
DE2711460C2 (de) Elektroakustische Signalverarbeitungseinrichtung
DE3021042C2 (de) Widerstandselement mit hoher Durchbruchsspannung für integrierte Schaltungen
DE2201028C3 (de) Verfahren zum Betrieb eines Feldeffekttransistors und Feldeffekttransistor zur Ausübung dieses Verfahrens
DE2300116A1 (de) Hochfrequenz-feldeffekttransistor mit isolierter gate-elektrode fuer breitbandbetrieb
DE2634312C2 (de) Mit zweiphasigen Taktsignalen betreibbare CCD-Vorrichtung
DE2818584C2 (de) Sperrschicht-Feldeffekttransistor vom vertikalen Typ
DE2243988C3 (de) Hableiteranordnung mit mindestens einem MIS-Kondensator
DE1764171A1 (de) Halbleitereinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE2855816C2 (de) Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode
DE2520608C3 (de) Halbleiteranordnung zum Digitalisieren eines analogen elektrischen Eingangssignals
DE2613096A1 (de) Halbleiteranordnung
EP0156022B1 (de) Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement
DE2657511A1 (de) Monolithisch integrierbare speicherzelle
DE102020207439A1 (de) Neuronen und Synapsen mit ferroelektrisch modulierten Metall-Halbleiter Schottky Dioden nebst Verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee