DE2419019C3

DE2419019C3 - Verfahren zum Herstellen eines Sperrschichtfeldeffekttransistors

Info

Publication number: DE2419019C3
Application number: DE2419019A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Suita Teramoto
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-04-20
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1982-12-23
Also published as: GB1442693A; FR2226751B1; IT1011255B; CA1000872A; US3951702A; FR2226751A1; DE2419019B2; JPS524426B2; JPS49131586A; DE2419019A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der US-PS 35 38 399 bekannt. Es wird später anhand der Figuren erläutert. Bei diesem bekannten Verfahren sind keine Maßnahmen vorgesehen, um den Kanal möglichst dünn auszubilden.

Aus der US-PS 34 72 710 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors bekannt, bei dem in eine p--leitende Schicht auf einem n--leitenden Substrat eine vordiffundierte n + -leitende Zone diffundiert wird. Nachfolgend wird in die n ⁺ -leitende Zone eine p⁺+ -leitende Gate-Zone eindiffundiert. Bei diesem Diffusionsvorgang wird die *>■> vordiffundierte η+ -leitende Zone weiter bis in das n~-leitende Substrat ausgedehnt. Der p++ -leitende Bereich stellt eine obere Gate-Zone und die p~-leitende Schicht eine untere Gate-Zone dar. Die η+-leitende Zone bildet den Kanal und ist halbkreisförmig ausgebildet, wobei sie an ihren beiden an die Oberfläche der p--leitenden Schicht reichenden Enden mit Source-Elektroden verbunden ist Die Unterseite des Substrats wird mit einer Drain-Elektrode kontaktiert. Der nach diesem bekannten Verfahren gebildete Kanal erstreckt sich im wesentlichen in vertikaler Richtung.

Aus der Zeitschrift »Japanese Journal of Applied Physics«, Band 4, 1965, Heft 10, Seiten 823 bis 824 ist der später anhand von Fig.2 erläuterte sogenannte Einzieheffekt bekannt

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors zu schaffen, dessen Kanal in präzise steuerbarer Weise dünn ausgebildet ist so daß sich eine niedrige Abschnürspannung ergibt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Querschnittsansicht eines auf bekannte Weise in einer integrierten Halbleiterschaltung gebildeten p-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistors,

F i g. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des sich bei Diffusion von Arsen ergebenden Einzieheffekts und

Fig.3a bis 3d schematische Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgernäßen Verfahrens.

In diesen Figuren sind die gleichen Bezugszeichen wie bei den F i g. 1 und 2 verwendet.

Bei Ausbildung eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors in einer integrierten Halbleiterschaltung kann in bekannter Weise unter Steuerung der Diffusionstiefe entweder ein p-Kanal-Transistor oder ein n-Kanal-Transistor geschaffen werden. Ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor für Hochfrequenzanwendungen, der eine möglichst kurze Gate-Zone besitzen soll, sollte als p-Kanal-Transistor ausgebildet sein. Die Bildung der Kanal·Zone im tiefen Teil des Halbleitersubstrats führt wegen der seitlichen Diffusion des Dotierstoffs zu einer langen Gate-Zone. Zur Erzielung einer kurzen Gate-Zone ist es daher erforderlich, einen Diffusionsbereich in kurzem Abstand von der Oberfläche des Halbleitersubstrats auszubilden. In integrierten Halbleiterschaltungen werden Elemente in einer isolierten epitaxialen Insel mit η-Leitfähigkeit geformt, die ihrerseits auf einem p-leitenden Siliciumsubstrat ausgebildet wurde, so daß der Leitfähigkeitstyp des erwähnten flachen Diffusionsbereichs das heißt der Kanal-Zone, der p-Leitfähigkeitstyp sein muß.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines p-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistors, der gemäß vorstehenden Ausführungen in einer integrierten Halbleiterschaltung ausgebildet ist In der Darstellung ist mit 1 das p-leitende Siliciumsubstrat bezeichnet, während 2 eine η-leitende epitaxiale Insel ist, die durch einen diffundierten Isolationsbereich 3 mit ρ+-Leitfähigkeitstyp isoliert ist, so daß sie ein Gegengate des Transistors bildet. 4 ist ein p-lcitender Diffusionsbereich, der die Kanalzone bildet und als flache Schicht diffundiert ist. 5 ist ein diffundierter η-leitender Bereich, der eine Gate-Zone bildet. 6 und 7 sind diffundierte p+-leitende Bereiche zur Herstellung einer ohmschen Verbindung von Source- und Drain-Elektroden mit der Kanal-Zone. 8 ist eine Gate-Elektrode, 9 eine Source-Elektrode, 10 eine

Drain-Elektrode und 11 ein Siliciumoxidfilm.

Bei dem Sperrschicht-Feldeffekttransistor des beschriebenen Aufbaus tritt wie man aus der Figur deutlich ersieht, während der Ausbildung des n-leitenden Bereichs 5 ein sogenannter Ausstoßeffekt auf, der dazu führt, daß ein Teil des Diffusionsbereichs 4 in die Insel 2 hinausgedrückt wird und damit in unerwünschter Weise die Reduzierung der Dicke W der Kanal-Zone 12 zwischen der Gate-Zone und den Gegengate-Zonen verhindert. Die Kanaldicke beeinflußt wesentlich die Abschnürspannung des Sperrschicht-Feldeffekttransistors. Der Ausstoßeffekt stellt eine Grenze bei der Erzielung einer möglichst niedrigen Abschnürspannung dar.

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung zur Er- ι s läuterung des sog. Einzieheffekts, der sich bei der Diffusion von Arsen als Dotierstoff für die Gate-Zone ergibt. Mit 13 ist hier ein η-leitendes Siliciumsubstrat bezeichnet. 14 ist ein p-leitender Diffusionsbereich, der zur Herstellung eines ersten pn-Übergangs in das Substrat eindiffundiert wurde. 15 ist ein n-leitender Diffusionsbereich, in den Arsen zur Schaffung eines zweiten pn-Übergangs eindiffundiert wurde. Der erste pn-übergang 16 war eben, bevor der Diffusionsbereich 15 ausgebildet wurde. Aufgrund der Ausbildung des Diffusionsbereichs 15 durch Diffusion des Arsens wurde der pn-übergang 16 in dem dem Diffusionsbereich 15 gegenüberliegenden Stück eingezogen, so daß sich der dargestellte abgestufte Verlauf des pn-Übergangs ergibt. Dieser Einzieheffekt bei der Diffusion von Arsen ist bekannt; vgl. Japanese Jou.nal of Applied Physics, Bd. 4 (1965), H. 10, S. 823,824.

Unter Bezug auf die Fig.3a bis 3d soll nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden.

F i g. 3a zeigt einen ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein p-Dotierstoff in einer η-leitenden Schicht 2, die nachfolgend als Insel bezeichnet wird und ihrerseits in einem p-leitenden Siliciumsubstrat 1 ausgebildet ist, vordiffundiert wird, um einen sehr flachen vordiffundierten Diffusionsbereich 17 zu erzeugen.

Wie F i g. 3b zeigt, wird dann nach der selektiven Entfernung eines auf dem Diffusionsbereich 17 vorhandenen Siliciumoxidfilms 11 zur Bildung einer öffnung von dieser Öffnung aus Arsen eindiffundiert Während dieser Diffusion des Arsens breitet sich durch Diffusion der Diffusionsbereich 17 weiter in der Insel 2 aus. Das heißt, bei der Ausbildung der Gate-Zone werden auch die p-Kanal-Zone, Source und Drain ausgebildet und außerdem der pn-übergang des Gegengates eingezogen.

F i g. 3c veranschaulicht den Zustand des Trans'Stors nach Vollendung dieser Diffusion, wobei die Dicke der Kanal-Zone 20 unter dem durch die Diffusion von Arsen gebildeten η-leitenden Bereich 19 dadurch sehr klein geworden ist, daß ein Teil 21 des pn-Übergangs des Gegengates eingezogen wurde, d. h. eine Einbuchtung zur oberen Gate-Zone 19 hin aufweist.

Die Bezugszeichen 22 und 23 bezeichnen den p-leitenden Source-Bereich bzw. den p-leitenden Drain-Bereich. Nach Fertigstellung des Aufbaus gemäß F i g. 3c werden Elektroden 8, 9 und 10 zur Vervollständigung des Sperrschicht-Feldeffekttransistors, wie er in F i g. 3d gezeigt ist, aufgebracht.

Der Hauptvor'.eil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß die Tiefe der Diffusion des vordiffundierten Bereichs sehr gering gemacht werden kann und daß man durch Ausnutzung des sog. Einzieheffekts die gewünschte dünne Kanal-Zone erreicht. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei zunehmender Diffusionstiefe des vordiffundierten Bereichs der Einzieheffekt weniger ausgeprägt wird.

Eine Kanaldicke von 0,3 bis 0,5 μπι läßt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichen, wenn der p-leitende Diffusionsbereich 17 eine Diffusionstiefe von 0,4 μΐη und eine Konzentration der Oberflächendotierung von 5 χ 10¹³Cm-³ aufweist und durch Vordiffusion von Bor ausgebildet wird. Das Arsen wird in einem Arsen enthaltenden Oxidfilm auf dem Diffusionsbereich mittels chemischer Verdampfung abgeschieden. Der Diffusionsvorgang wird dann bei einer Temperatur von 1050⁰C während 30 Minuten durchgeführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors, bei dem in einer n-leitenden Schicht ein p-leitender Diffusionsbereich ausgebildet wird, in welchen anschließend mittels einer Maskentechnik selektiv ein η-leitender Bereich eindiffundiert wird, wobei der η-leitende Bereich eine obere Gate-Zone bildet, und der p-leitende Diffusionsbereich mit der η-leitenden Schicht eine untere Gate-Sperrschicht bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der p-leitende Diffusionsbereich (17) als vordiffundierter Bereich ausgebildet wird, daß zur Bildung des η-leitenden Bereichs (19) an der durch die Maskentechnik ausgebildeten Stelle Arsen abgeschieden und eindiffundiert wird und daß gleichzeitig mit der Diffusion des Ai sens eine fortgesetzte Diffusion des Dotierstoffs aus dem p-leitenden Bereich bis zu einer ausgewählten Tiefe erfolgt und die Drain- und die Source-Zone (23, 22) bildet, wobei die Diffusionstiefe des vordiffundierten Bereichs (17) so schmal gewählt wird, daß der der oberen Gate-Zone (19) gegenüberliegende Teil (21) der unteren Gate-Sperrschicht eine Einbuchtung zur oberen Gate-Zone (19) hin erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion des Arsens durch Ablagerung eines Arsen enthaltenden Oxidfilms auf dem p-leitenden Diffusionsbereich (17) und durch eine weitere Wärmebehandlung desselben ausge- jo führt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die n-leitende Schicht (2) als isolierte Insel auf einem p-leitenden Substrat (1) einer integrierten Halbleerschaltung ausgebildet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der p-leitende Diffusionsbereich (17) mit einer Diffusionstiefe von 0,4 μΐη und einer Konzentration der Oberflächendotierung von 5 χ 10¹⁸cm-³ durch Vordiffusion von Bor ausgebildet wird, daß ein Arsen enthaltender Oxidfilm auf dem Diffusionsbereich mittels chemischer Verdampfung abgeschieden wird und daß dann bei einer Temperatur von 1050⁰C während 30 Minuten ein Diffusionsvorgang ausgeführt wird.