DE2316208B2 - Verfahren zur herstellung einer integrierten mos-schaltung - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer integrierten mos-schaltungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten MOS-Schaltung mit
mehreren in einem Siliziumplättchen eines bestimmten Leitungstyps ausgebildeten, durch Oberfliichenbereiche
voneinander getrennten Feldeffekttransistoren, bei dem die die genannten Oberflächenbereiche enthaltende
Oberfläche des Siliziumplättchens mit einer im wesentlichen aus Siliziumdioxyd bestehenden Isolierschicht
bedeckt wird, welche den Inversionsspannungsschwellwert der Oberflächenbereiche erhöhende geladene
Ionen enthält, bei dem diese Isolierschicht an bestimmten Stellen entfernt wird, in welchen im Abstand
voneinander die Source- und Drainzonen der Feldeffekttransistoren mit zi-m Siliziumplättchen entgegengesetzten
Leitungstyp ausgebildet werden und bei dem schließlich die Source- und Drainzonen sowie die
zwischen diesen Zonen befindlichen, mit einer Gate-Oxydschicht bedeckten Gatebereiche mit Elektroden
versehen werden.
Bei der Herstellung integrierter Schaltungen mit mehreren MOS (Metall-Oxid-Silizium)-Halbleiter-Feldeffekttransistoren
ergeben sich Beschränkungen für die zwischen den MOS-Feldeffekttransistoren befindlichen
Abschnitte der Halbleiterplättchen. Die Halbleiterplättrhonoherfläche
außerhalb der Source- und Drainzonen und des Kanals bzw. Gatebereichs eines MOS-Feldeffekttransistors
wird als Feldbereich bezeichnet. Im allgemeinen wird eine verhältnismäßig dicke Oxidschicht
auf die Oberfläche der Feldbereiche solcher integrierten Schaltungen aufgeoracht und dann als
Feldo::id bezeichnet. Auf dem Feldoxid wird anschließend
eine Metallisierung ausgebildet, die aus kreuz uod quer verlaufenden metallischen Leitern besteht, welche
die verschiedenen Schaltungselemente miteinander verbinden und zum Anschluß der integrierten Schaltung
dienen.
p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren weisen beispielsweise
Source- und Drainzonen vom p-Typ auf, welche durch einen η-Kanal voneinander getrennt sind.
Eine negative Spannung wird an eine Gateelektrode angelegt, welche sich oberhalb des Gateoxids befindet,
das den Kanal überlagert und dazu dient, den n-Halbleiterbereich unmittelbar unterhalb des Gates zu
invertieren und Verbindungen zu den p-Source- und Drainzonen herzustellen. Die Inversion erfolgt bei
einem bestimmten, an die Gateelektrode angelegten negativen Spannungswert, der als Spannungsschwellwert
bezeichnet wird.
Bei integrierten Schaltungen mit mehreren p-Kanal MOS-Feldffekttransistoren ergeben sich manchmal
Schwierigkeiten, indem eine unerwünschte Inversion des n-Halbleitermaterials an den Feldbereichen auftritt,
d. h. beispielsweise zwischen den Halbleiter-Schaltungselementen. Diese Inversion wird hervorgerufen durch
die Spannungen in den sich über das Feldoxid erstreckenden Leitern. Aufgrund dieser Inversion
können parasitäre Verbindungen gebildet werden, da ein p-Bereich eines MOS-Feldeffekttransistors mit
einem p-Bereich eines anderen MOS-Feldeffekttransistors gekoppelt werden kann.
Zwecks Vermeidung dieser störenden Inversion sind bereits zwei Abhilfsmaßnahmen bekannt. Die eine
besteht darin, auf den integrierten MOS-Schaltungen sehr dicke Feldoxidschichten aufzubringen. Dicke
Feldoxidschichten haben jedoch wiederum neue Schwierigkeiten zur Folge, so z. B. daß beim Wegätzen
des Feldoxids zur Ausbildung der MOS-Feldeffekttransistoren sehr steile und lange, zu den Transistoren nach
unten führende Neigungsflächen an dem Oxid ausgebildet werden und das Aufbringen der zur Verbindung der
MOS-Feldeffekttransistoren dienenden Metallisierung auf Schwierigkeiten stößt.
Ein weiteres bekanntes Verfahren beruht darauf, die äußeren Abschnitte des Feldbereiches mit einer
höheren Fremdstoffkonzentration zu dotieren. Dazu wird beispielsweise in p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren
das n-Halbleitermaterial mit einer höheren
Konzentration an n-Fremdstoff dotiert. Für diese Dotierung ist jedoch ein zusätzlicher Maskierungsschritt erforderlich. Dabei kann jedoch der eine Kanal
zwischen den p-Source- und Drainzonen bildende Abschnitt des n-Halbleitermaterials nicht mit einer
höheren n- Fremdstoffkonzentration dotiert werden, weil ansonsten ein sehr hoher Spannungsschwellwert
für den MOS-Feldeffekttransistor erhalten werden würde. Deshalb ist ein zusätzlicher Maskierungsschritt
erforderlich, um die n-Fremdstoffkonzentration nur in
den Feldbereichen zu steigern. Mit einer solchen η+ -Feldöffnung ergeben sich außer dem zusätzlichen
Maskierungsschritt auch sehr ernsthafte Probleme im Hinblick auf seitliche pnp-Transistoreffekte, die durch
die η+ -Felddotierung hervorgerufen werden.
Bei dem der eingangs genannten Gattung entspre-
chenden bekannten Verfahren (US-PS 33 86 163) werden Störstellen innerhalb der das Siliziumplättchen
bedeckenden Oxydschicht vorgesehen, die eine verhältnismäßig starke Temperaturabhängig-keit aufweisen.
Dabei wird der bei hoher Temperatur durchgeführte Diffusionsvorgang fortgesetzt, um die Störstellen im
wesentlichen gleichförmig innerhalb der Oxydschicht zu verteilen. Dauert er jedoch zu lange, so kan eine
Diffusion dieser Störstellen durch die Oxydschicht hindurch in den Körper des Halbleiterpiättchens hinein
stattfinden. Dies muß vermieden werden. Auch darf, wenn die notwendige Diffusion einmal abgeschlossen
ist, die Oxydschicht und der Halbleiterkörper nicht wieder erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, da
sonst eine Diffusion der Störstellen durch die Oxydschicht hindurch in den Halbleiterkörper hinein erfclgen
würde.
Es ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem eine gegenseitige Störung zweier Feldefiekttransistoren
durch Vermeiden einer leitenden Verbindung zwischen Source- und Drainzonen des einen und Source- und
Drainzonen des anderen Transistors angestrebt und hierzu an der Nachbarschaft der Verbindungsstelle mit
dem darunter liegenden p-leitendem Material eine Oxydschicht vorgesehen wird, die solche Eigenschaften
hat, daß dadurch im Bereich der Verbindungsstelle kein Elektronen leitender Kanal gebildet wird (US-PS
35 80 745). In diesem Zusammenhang werden Änderungen in der Zusammensetzung der Oxydschicht und eine
Beeinflussung mittels Röntgen- und UV-Bestrahlung sowie der Umstand in Betracht gezogen, daß eine
Wärmebehandlung oder eine Behandlung mit Strahlen anderer Wellenlänge die integrierte Schaltung in den
anfänglichen Zustand zurückführt.
Schließlich ist es auch bekannt, Chrom als Material für die Source- und Drain-Kontakte sowie für die
Gate-Elektroden von MOS-Feldeffekttransistoren zu verwenden und das Chrom auch in das unterhalb der
Kontakte liegende Oxyd zu diffundieren (US-PS 35 47 717). Dabei wandern die Ionen in der Oxydschicht
und verlassen diese, insbesondere auch bei dem Verfahrensschritt der Herstellung von Zonen verschiedenen
Leitungstyps.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen,
das es ohne Anwendung eines dickeren Feldoxydes oder einer zusätzlichen Felddotierung ermöglicht, einen
besonders hohen Feldspannungsschwellwert zu erreichen und eine Entwicklung parasitärer Verbindungen
zwischen den Feldeffekttransistoren der MOS-Schaltung zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, das bei Verwendung eines N-leitenden Siliciumplättchens
die im wesentlichen aus Siliciumdioxyd bestehende Isolierschicht derart ausgebildet wird, daß die
Oberfläche des Siliziumplättchens mit einer positive Chromionen enthaltenden Oxydationslösung behandelt
und die so erhaltene dünne Oxydschicht mit einer relativ dicken Siliziumdioxydschicht überzogen wird, daß diese
so gebildete Isolierschicht auch über den Gate-Bereichen entfernt wird und daß an diesen Stellen eine
gesonderte Gate-Oxydschicht ausgebildet wird.
Vorzugsweise wird bei diesem neuen Verfahren gemäß der Erfindung als Oxydalionslösung eine Lösung
verwendet, die eine Säure und als denjenigen Bestandteil, der die positiven Chromionen abspaltet, Chromoxyd
enthält. Dadurch läßt sich eine dünne Oxydschicht mit besonders stabiler Verteilung der Chromionen
erhalten.
Im übrigen bietet das Verfahren gemäß der Erfindung den Vorteil, daß die positiven Chromionen weder
auswandern, noch in Dispersion geraten, sondern in den Feldbereichen verbleiben, wo es gilt, eine Erhöhung der
Inversionsschwellwertspannung aufgrund der positiven lonenladung zu erzielen. Die positiven Chromionen
bleiben in der Oxydschicht eingeschlossen, auch bei nachfolgenden Verfahrensschritten, wo bei hohen
Temperaturen Zonen verschiedenen Leitungstyps ausgebildet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, welche die
einzelnen Verfahrensschritte bei der Herstellung einer integrierten MOS-Schaltung hohen Feldspannungsschwellwerts
veranschaulicht.
Fi g. 1 ist ein Querschnitt durch ein Siliziumplättchen,
auf das eine dünne Oxydschicht mit einer Restladung aufgebracht worden ist.
F i g. 2 zeigt das Plättchen von F i g. 1 nach dem Aufbringen einer durch thermisches Wachstum ausgebildeten
Feldoxidschicht.
Fig.3 zeigt das Plättchen von Fig. 2, nachdem ausgewählte Abschnitte der Oxidschichten entfernt
worden sind.
Fig.4 zeigt das Plättchen von Fig. 3 nach Ausbildung
der Source- und Draindiffusionen.
Fig. 5 zeigt das Plättchen von Fig.4 nach Ausbildung
eines Gateoxids und der Source und Drainelektroden.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Oberfläche eines N-leitenden Siliziumplättchens
mit einer Oxidationslösung, die in der Lösung positive Chromionen enthält, behandelt, so daß auf der
Halbleiteroberfläche eine dünne Oxidschicht mit in dieser eingeschlossenen Chromionen ausgebildet wird,
welche eine elektrische Restladung aufweist. Die zur Ausführung der erfindungsgemäßen Plättchenbehandlung
dienende Lösung kann beispielsweise aus 12 g CrOj, 100 ml entionisiertem H2O und 1000 ml konzentrierter
H2SO4 bestehen. Dabei sind die Konzentrationsangaben nicht kritisch.
Die Lösung wird vorzugsweise auf erhöhter Temperatur von beispielsweise etwa 1600C gehalten, wobei
das Plättchen beispielsweise 15 Minuten lang in der Lösung eingetaucht gelassen wird. Dann werden die
Plättchen aus der Lösung herausgenommen, abgespült und getrocknet. Das Abspülen kann beispielsweise mit
entionisiertem Wasser, und das Trockenblasen mit Stickstoffgas erfolgen. Dadurch nimmt das Plättchen die
in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Beschaffenheit an, welche ein η-leitendes Siliziumplättchen 11 zeigt, das auf
seiner oberen Oberfläche mit einer dünnen Oxidschicht 12 versehen ist, die positiv geladene Chromionen
enthält, aufgrund deren die dünne Oxidschicht 12 eine positive Restladung aufweist. Die die Chromionen
enthaltende dünne Oxidschicht 12 weist eine Dicke von etwa 50 bis 60 Angström auf.
Nach Behandlung des Siliziumplättchen 11 in der vorstehend beschriebenen Weise erfolgt die Ausbildung
der MOS-Feldeffekttransistoren in dem Plättchen. Dazu wird entsprechend Fig.2 auf der dünnen Oxidschicht
12, welche sich unmittelbar auf der oberen Oberfläche des n-leitenden Siliziumplättchens It befindet, eine
verhältnismäßig dicke Oxidschicht 13 ausgebildet, die als Feldoxidschicht bezeichnet wird. Dann werden
vermittels entsprechender und bekannter l'otolithografischer Maskierungstechniken Teile der Oxidschichten
entfernt. Fig. 3 zeigt einen Aufbau, bei dem die Feldoxidschicht 13 und die dünne Oxidschicht 12 von
einem ausgewählten Abschnitt des Siliziumplättchens 11 unter Ausbildung einer fensterarligen öffnung 14
entfernt worden sind. In diesem Zusammenhang soll 5 erwähnt werden, das herkömmliche Ätzverfahren
angewandt werden können, um sowohl die Feldoxidschicht 13 als auch die dünne Oxidschicht 12 mit den in
dieser eingeschlossenen Chromionen zu entfernen. Als nächstes erfolgen p + -Diffusionen in das Siliziumplättchen
11, um beispielsweise die Source- und Drainzonen
16 bzw. 17 in diesem auszubilden.
Nach Ausbildung der Source- und Drainzonen 16 bzw. 17 wird eine Gate-Oxydschicht 18 auf die
Oberfläche des Siliziumplättchens 11 aufgebracht oder durch thermisches Wachsen auf dieser ausgebildet, und
zugleich wird über den Source und Drainzonen 16 und
17 ein Oberflächenpassivierungsoxid 19 ausgebildet. Dann wird über dem Gateoxid 18 eine Gateelektrode 21
ausgebildet. Source- und Drainelektroden 22 bzw. 23, welche bis nach unten zu den p-Source- und Drainzonen
16 bzw. 17 reichen und mit diesen in Kontakt stehen, werden gleichfalls ausgebildet. Das Ergebnis ist eine
integrierte Schaltung mit MOS-Feldeffekttransistoren mit dem in F i g. 5 dargestellten Aufbau. Wie aus F i g. 5
ersichtlich, befindet sich über den Feldbereichen des Siliziumplättchens U, d.h. in den außerhalb und
zwischen den MOS-Feldeffekttransistoren befindlichen Bereichen des Siliziumplättchens nicht nur die Feldoxidschicht
13, sondern auch eine dünne Oxidschicht 12, welche die positiven Chromionen enthält. Die siel
aufgrund der eingeschlossenen Chromionen ergebende positive Restladung steigenden Spannungsschwellwer
des η-leitenden Materials des Plättchens 11 in dieser Feldbereichen.
Es wurde gefunden, daß die Chromionen in dei Oxidschicht 12 verbleiben und beim Ausschneiden de:
fensterartigen öffnungen 14 zur Ausbildung dei MOS-Feldeffekttransistoren nicht störend in Erschei
nung treten. Bei der Ausbildung der Öffnungen 14 durch Wegätzen des Feldoxids 13 und der dünnen Oxidschich1
12 wird die letztere zusammen mit den in diesel eingeschlossenen Chromionen von dem ausgewählter
Bereich des Siliziumplättchens entfernt. Die in dei entfernten Oxidschicht 12 enthaltenen positiven Ladungen
verschwinden dabei völlig und beeinflussen ir keiner Weise den Bereich des Siliziumplättchens 11, ir
welchem die MOS-Feldeffekttransistoren ausgebildei werden. Außerdem wurde gefunden, daß die positiver
Chromionen, welche die Feldbereiche der integrierter MOS-Schaltung überlagern, sowohl im Hinblick au]
Temperaturschwankungen als auch die Zeit sehr stabi sind, d. h. sich nicht verlagern und ihre Ladung auch
nicht abgeben, sondern in ihrer Lage verbleiben, d. h. ir der Nähe der Oberfläche des Siliziumplättchens 11 ir
den Feldbereichen, und eine positive Restladung bilden durch welche der Inversionsspannungsschwellwert ir
diesen Feldbereichen des die MOS-Feldeffekttransisto
ren enthaltenden Siliziumplättchens 11 gesteigert wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
5
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung einer integrierten MOS-Schaltung mit mehreren in einem Siliciumplättchen
eines bestimmten Leitungstyps ausgebildeten, durch Oberflächenbereiche voneinander
getrennten Feldeffekttransistoren, bei dem die die genannten Oberflächenbereiche enthaltende Oberfläche
des Siliciumplättchens mit einer im wesentlichen aus Siliciumdioxyd bestehenden Isolierschicht
bedeckt wird, welche" den Inversionsspannungsschwellwert der Oberflächenbereiche erhöhende
geladene Ionen enthält, bei dem diese Isolierschicht
an bestimmten Stellen entfernt wird, in welchen im Abstand voneinander die Source- und Drainzonen
der Feldeffekttransistoren mit zum Siliziumplättchen
entgegengesetzten Leitungstyp ausgebildet werden und bei dem schließlich die Source- und
Drainzonen sowie die zwischen diesen Zonen befindlichen, mit einer Gate-Oxydschicht bedeckten
Gatebereiche mit Elektroden versehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung
eines N-leitenden Siliciumplättchens (11) die im
wesentlichen aus Siliciumdioxyd bestehende Isolierschicht (12, 13) derart ausgebildet wird, daß die
Oberfläche des Siliciumplättchens mit einer positive Chromionen enthaltenden Oxydationslösung behandelt
und die so erhaltene dünne Oxydschicht (12) mit einer relativ dicken Siliziumdioxydschicht (13)
überzogen wird, daß diese so gebildete Isolierschicht (12,13) auch über den Gate-Bereichen entfernt wird
und daß an diesen Stellen eine: gesonderte Gate-Oxydschicht (18) ausgebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxydationslösung eine Lösung
verwendet wird, die eine Säure und als die positiven Chromionen abspaltenden Bestandteil Chromoxyd
enthält.
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