DE2247183B2

DE2247183B2 - Verfahren zur herstellung von schaltungen mit wenigstens einem feldeffekttransistor mit einer source-, einer drain- und einer gateelektrode und mit mindestens einem ohmschen schichtwiderstand auf einem gemeinsamen substrat

Info

Publication number: DE2247183B2
Application number: DE19722247183
Authority: DE
Inventors: Hartwig Dipl.-Ing. 8011 Zorneding Bierhenke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-09-26
Filing date: 1972-09-26
Publication date: 1977-02-10
Also published as: DE2247183A1; FR2200624A1; SE390085B; CA1004373A; GB1447236A; JPS4973086A; CH560463A5; US3889358A; NL7313070A; FR2200624B1; LU68478A1; BE805346A; IT993410B

Description

und und wobei zur Herstellung, des Widerstandes ebenfalls in einem Verfahrensschritt eine Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener lönenmenge vorgenommen wird, dadurch g e k e η η ζ ei c h net, daß die Ionenimplantation in der Kanalzone des Feldeffekttransistors und die Ionenimplantation zur Herstellung des Widerstandes in einem' einzigen Verfahrensschritt gleichzeitig durch eine einzige Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener ionenmenge vorgenommen wird, wobei die Ionenenergie und die lönenmenge so ausgewählt werden, daß der Schichtwiderstand einen Wert besitzt, der größer ist als die Widerstandswerte des Feldeffekttransistors in seinem Durchlaßbereich und der kleiner ist als die Widerstandswerte des Feldeffekttransistors in seinem Sperrbereich. :·.-;'

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Dünnoxidschicht (33, 55) hindurch die Ionen in der Kanalzone implantiert werden. ^;

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines η leitenden ίΟΩ cm Siliziumsubstrats, in welches p-leitende Gebiete eindiffundiert werden, die als Source-, Drain- und als Anschlußgebiete dienen, positive Borionen implantiert werden. :

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der implantierten Ionen etwa 38 keV beträgt und daß die Implantationsdosis im Bereich zwischen 7x10" und 1,2 χ 10¹² Ionen pro cm² liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines p-leitenden Siliziumsubstrats, in welches η-leitende Gebiete eindiffundiert sind, die sis Source-, Drain- und als Anschlußgebiete dienen, negative Phosphorionen implantiert werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaltungen mit wenigstens einem Feldeffekttransistor mit einer Source-, einer Drain- und einer Gateelektrode und mit mindestens einem ohmschen Schichtwiderstand auf einem gemeinsamen Substrat. bei dem auf der Oberfläche des Substrates in Fnp"^m~"™Fc1ae1fe1iciirSii^tör^ll''wira ebenfalls eine Implantation vorgenommen. Bei der Implantation am Trrmsisiör wird dabei dessen Gateelektrode als Dgitierungsmaske benutzt. Diese Implantation am Feldeffekttransistor dient dazu, die Gate-Überlap-

pungskapazität zu verkleinern und damit die Schaltschneliigkeit des Transistors zu erhöhen.

Aus d'et" US-PS 36 79 492 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit Hilfe einer Ionenimplantation bekannt. Auf einer Oberfläche eines

dotierten Substrats aus Halbleitermaterial wird dort eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht, auf deren Oberfläche zunächst die Gateelektrode des Feldeffekttransistors hergestellt wird. Anschließend werden die Source- und Draingebiete mit Hilfe der Ionenimplantation hergestellt. Die elektrisch isolierende Schicht weist dazu in der Umgebung der Gateelektrode eine so geringe Schichtdicke auf, daß die Implantationsionen durch sie hindurch in die Oberfläche des Substrats eindringen können. Nach Temperaturbe-

handlungen zum Ausheilen des durch die Implantationsstoffe gestörten Substratgitters wird mit Hilfe von Ätzmaskeh die elektrisch isolierende Schicht über den Source- und Praingebieten weggeätzt und die Oberfläche des Substrats kontaktierl.

Aus der Veröffentlichung »Applied Physics Letters«, Vol. 18,1971, Nr.· 11, S. 502 und 504, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors bekannt, bei dem ein Verfahrensschritt darin besteht, daß in der kanaizone des Feldeffekttransistors eine Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte, vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener lönenmenge so vorgenommen wird, daß ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp entsteht und gleichzeitig die Einsatzspannung des Feldeffekttransistors abgesenkt wird. In diesem Verfahrensschritt werden dabei mittels dieser Ionenimplantation in die Kanalzone dieser Transistoren zusätzliche Ladungsträger eingebracht. Unter einem Trafisistor vom Anreicherungstyp wird ein Transistor verstanden, der bei einer Gatespannung von OVoIt gegenüber der Sourceelektrode irn Sperrzustand ist

Die Anforderung einer möglichst kleinen Einsatzspannung bei Transistoren vom Anreicherungstyp wird deshalb gestellt, damit die Versorgungsspannung und die Verlustleistung des Transistors niedrig gehalten werden kann.

Bei Schaltungen der eingangs genannten Art haben ohmsche Schichtwiderstände gegenüber Lastwiderständen, die aus Transistoren vom Anreicherungstyp

bestehen, den Vorteil, daß sie keine Einsatzspannung aufweisen...

Die; Durchführung einer Ionenimplantation am Feldeffekttransistor und die Durchführung einer ionenimplantation zur Herstellung eines Schichtwiderstandes bedeutet! daß ein" relativ komplizierter Verfahrensschritt doppelt ausgeführt werden muß. Eine Ionenimplantation erfordert zunächst eine Maskierung, eine Justierung der Maske, die Ionenimplantation selbst und anschließend das Entfernen der Maske. '

Aulgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem in technisch einfacher Weise sowohl die Einsatzspannung des Feldeffekttransistors abgesenkt wird als auch derohmsche Schichtwiderstand hergestellt wird. Ferner soll jeder Schichtwiderstand einer Schaltung der eingangs genannten Art einen Wert besitzen, der größer ist als die Widerstandswerte eines jeden der Feldeffekttransistoren'in seinem Durchlaßbereich und der kleiner ist als die Widerstandswerte eines jeden der Feldeffekttransistoren in seinem Sperrbereich.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ionenimplantation in der Kanalzone des Feldeffekttransistors und die Ionenimplantation zur Herstellung des Widerstandes in einem einzigen Verfahrensschritt gleichzeitig durch eine einzige Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte, vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener lonenmenge vorgenommen wird, wobei die Ionenenergie und die lonenmenge so ausgewählt werden, daß der Schichtwiderstand einen Wert besitzt, der größer ist als die Widerstandswerte des Feldeffekttransistors in seinem Durchlaßbereich und der kleiner ist als die Widerstandswerte des Feldeffekttransistors in seinem Sperrbereich.

Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Herstellung von Schaltungen der eingangs genannten Art wesentlich einfacher ist, da jetzt nur noch ein einziger Implantationsschritt notwendig ist.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die nach ihm hergestellten Schaltungen weniger Fläche benötigen, da eine Doppelmaskierung und eine dadurch bedingte zusätzliche Justierungenauigkeit vermieden wird.

Der Erfindung liegt die neue Erkenntnis zugrunde, daß es für eine bestimmte lonensorte bei einer bestimmten Implantationsenergie einen wohldefinierten Dosisbereich gibt, in dem ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp mit niedriger Einsatzspannung und Widerstände mit hohem Schichtwiderstand durch einen einzigen Implantationsschritt auf gemeinsamem Substrat realisiert werden können.

Bevorzugte Ausführungen des Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Vorteil einer nach dem Verfahren hergestellten Schaltung der eingangs genannten Art ergibt sich daraus, daß die Einsatzspannungen der Feldeffekttransistoren bei etwa 500 mV liegen und daß die Widerstandswerte der Schichtwiderstände im Bereich von 500 YQ. bis 1 ΜΩ liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Fig. 1 ist in schematischeir Darstellung der Aufbau einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaltung, die aus einem Feldeffekttransistor und einem Widerstand besteht, dargestellt.

F i g. 2 zeigt das elektrische Schaltbild einer Schaltung nach Fig. 1.

Fi g. 3 zeigt den Schichtwiderstand und die Einsatzspannung von p-Kanal-MOS-Transistoren in Abhängigkeit von der Implantationsdosis.

Im folgenden wird die Herstellung einer in den F i g. 1 und 2 dargestellten Schaltung eines Inverters, der aus einem Feldeffekttransistor und einem Widerstand besteht, beschrieben. In der Fi g. 1 ist das Substrat, auf dem die gesamte Schaltung aufgebracht ist, mit 1 bezeichnet Vorzugsweise besteht dieses Substrat aus n-leitendem 10 Ohm - cm Silizium. Auf dieses Substrat wird in einem Verfahrensschritt eine etwa 1 μτη dicke Dickoxidschicht aus SiO₂ aufgebracht In einem weiteren Verfahrensschritt werden in dieser Dickoxidschicht Bereiche, unter welchen durch Diffusion Source-, Drain- und Anschlußgebiete hergestellt werden sollen, entfernt Das Source-Gebiet ist beispielsweise das vorzugsweise p_:dotierte Gebiet 2 und das Drain-Gebiet beispielsweise das vorzugsweise ebenfalls p-dotierte Gebiet 4. Zwischen dem Source-Gebiet 2 und dem Drain-Gebiet 4 befindet sich die Kanalzone 3 des Feldeffekttransistors. Der Widerstandsbereich 5, in dem später durch Ionenimplantation der ohmsche Widerstand hergestellt werden soll, befindet sich beispielsweise zwischen dem p-dotierten Drain-Gebiet 4 und dem p-dotierten Anschlußgebiet 6. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Dickoxidschicht über der Kanalzone 3 und dem Widerstandsbereich 5, in welche Ionen implantiert werden sollen, entfernt. Gleichzeitig wird die während der Diffusion in Source-, Drain- und Anschlußgebieten entstandene SiO2-Schicht entfernt. Auf die nun freiliegenden Bereiche wird eine etwa 0,12 μηι starke Dünnoxidschicht aufgebracht. In dem Bereich 33 über der Kanalzone des Feldeffekttransistors und dem Bereich 55 über dem Bereich des ohmschen Widerstandes werden nun in einem weiteren Verfahrensschritt Ionen, vorzugsweise positive Borionen, implantiert. Wegen der wesentlich höheren Dotierung der diffundierten p-Gebiete ist eine Implantation von Ionen in diese Gebiete nicht störend. Die an der fertigen Schaltung verbleibenden Dickoxidschichten sind mit dem Bezugszeichen 7 versehen.

Durch den Implantationsschritt wird durch Ionenimplantation in der Kanalzone 3 die Einsatzspannung des Feldeffekttransistors erniedrigt und gleichzeitig durch die Ionenimplantation in dem Widerstandsbereich 5 der ohmsche Widerstand hergestellt. Vorzugsweise beträgt die Dosis der Ionenimplantation 7x10" bis 1,2x10¹² Ionen pro cm² und die Energie der Ionenimplantation etwa38keV.

In den beiden letzten Verfahrensschritten wird zunächst die Dünnoxidschicht an den Stellen, an denen die p-Gebiete kontaktiert werden sollen, entfernt und die Kontakte und Leiterbahnen aufgedampft.

In der F i g. 2 ist der Feldeffekttransistor des Inverters mit 22 und der Widerstand des Inverters mit 66 bezeichnet. Die Schaltungspunkte 88, 99, 100, 111 der Schaltung der F i g. 2 sind in der Schaltungsanordnung der F i g. 1 dargestellt. Dabei entspricht der Punkt 88 der Sourceelektrode 8, der Punkt 99 der Gateelektrode 9, der Punkt 100 der Drainelektrode 10 des Feldeffekttransistors. Der Punkt 100 in dem nach der F i g. 2 der Drainanschluß des Feldeffekttransistors 22 und das eine Ende des Widerstandes 66 zusammengeschaltet sind, entspricht in der F i g. 1 der Elektrode 10. Der Punkt 111 der F i g. 2 entspricht der Elektrode 11 der F i g. 1.

Bei der Herstellung der oben beschriebenen Schaltung betrug die Einsatzspannung der Feldeffekttransi-

stören bei einer Dosis von 10¹² Ionen/cm² und einer Energie von 38 keV der lonenimphntation etwa 50OmV. Die Kanallänge der Feldeffekttransistoren betrug etwa 8 μηι, in der F i g. 1 ist diese Länge durch die mit 31 bezeichnete Linie dargestellt. Die Kanalweite, das ist die Ausdehnung der Kanalzone senkrecht zur Zeichenebene betrug etwa 65 μΐυ. In dem gleichen Implantationsschritt wurden Widerstände realisiert, die in dem Bereich von 500 kQ bis 1 ΜΩ lagen.

In der F i g. 3 ist der gemessene Schichtwiderstand Rs, das ist der Widerstand eines definierten Gebietes einer quadratischen Fläche, von ohmschen Widerständen und die gemessene Einsatzspannung Ut von p-Kanal-MOS-Transistoren in Abhängigkeit von der Implantationsdosis dargestellt. Die Funktion 13 stellt die Einsatzspannung Ur'm Abhängigkeit von der Dosis, die Funktion 14 den Schichtwiderstand R_s in Abhängigkeit von der Dosis dar. Der schraffierte Bereich 15 gibt an, in welchem Bereich sich die Dosis der Ionenimplantation bewegen darf, daß der Feldeffekttransistor noch vom Anrekherungstyp ist und daß der Widerstand eine infolge der Umdotierung des Substrates an der Oberfläche p-leitendc Widerstandsschicht ist. Durch die Ionenimplantation wird in diesem Bereich 15 durch das Kontaktpotential des Gatemetalls infolge der Umdotierung des Substrates eine genügend große Verarmungszone aufgebaut, so daß in dieser Schicht noch keine beweglichen Ladungsträger auftreten können.

Die bei der Herstellung der Schaltungen nach dein erfindungsgemäßen Verfahren auftretende und oben angegebene große Streuung der Widerstandswerte spielt keine Rolle, da für die Funktionsfähigkeit dieser Schaltungen nur die Bedingung gilt, daß der Widerstand der Lastelemente groß gegen den Durchlaßwidcrsland der Schalttransistoren und klein gegen deren Sperrwiderstand ist. Die Streuung der Widerstandswertc beeinträchtigt also nicht die Funktion.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht das Substrat aus p-leitendem Silizium. In diesem Falle sind die eindiffundierten Gebiete η-leitend. Die Implantation von Ionen in die Kanalzone und in den Widerstandsbereich erfolgt mit negativen Phosphorionen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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