DE2438109A1 - 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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DE2438109A1
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semiconductor
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Alain Gerard Monfret
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

Y- FPHN. 7250
Va/VR/Voor 1-7-74
GÜNTHER M. DAVID
Pol.infnssiisscr
Anmelder: N.V/PiÜLIP:,' GLOEILAMPENFABRIEKEN
Anmeldung vorru ""7
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung und durch dieses Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem auf einer •Oberfläche eines Halbleiterkörpers eine Maskierungsschicht gebildet wird, wonach in dieser Maskierungsschicht mindestens zwei Öffnungen gebildet werden, wobei durch Einführung mindestens eines Dotierungsstoffes durch diese Offnungen hindurch dotierte Zonen in dem' Halbleiterkörper gebildet werden. Unter einer öffnung in einer Maskierungsschicht ist in dieser Anmeldung in weitern Sinne ein von dem Material der Maskierungsschicht nicht bedeckter Oberflächenteil des Halbleiterkörpers zu verstehen, wobei diesel' Oberflächenteil nicht über den ganzen Umfang von der Maskiefungsschicht begrenzt zu sein
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braucht, sondern z.B. auch von dem Rand des Halbleiterkörpers begrenzt werden kann.
Veiter ist unter einem Dotierungsstoff nicht
nur ein Donator oder Akzeptor, sondern in weitem Sinne ein Stoff zu verstehen, der die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterial beeinflusst. Diese Eigenschaften können sein: der Leitfähigkeitstyp und der spezifische Widerstand, aber z.B. auch die Lebensdauer von Ladungsträgern oder eine Kombination dieser Eigenschaften.
Veiter kann die genannte Einführung eines Dotierungsstoffes durch die verschiedenen in der Halbleitertechnik üblichen Verfahren, wie z.B. Diffusion aus der Gasphase, Diffusion aus einer dotierten Schicht (z.B. einer Oxidschicht) oder Ionenimplantation, erfolgen.
Bei Dotierung von Halbleitermaterialien zur
Herstellung einer Halbleiteranordnung werden sehr häufig Maske) verwendet, die auf der Halbleiteroberfläche gebildet werden. Es ist bekannt, dass in diesem Falle eine Maskierungsschicht (meist ein Film aus Siliciumdioxid oder aus Siliciumnitrid) auf der genannten Oberfläche gebildet wird, wonach in der genannten Maskierungsschicht oder dem -film durcli Anwendung. eines photolithographischen Ätzvorgangs ein bestimmtes Muster erhalten wird.
Bei diesem Verfahren ist es möglich, in einer
Schicht aus Siliciumdioxid, aus Siliciumnitrid oder aus einem anderen Material Fenster zu erzeugen deren Abmessungen sehr kl ei Ln sind und dio sich sehr nahe beieinander befinden können. Venn, mit fjrösstei' Sorgfalt verfahren wird, ist es bu L Anwenden ·
5 0 9 BO 9 /0.8 0 5
dieses Verfahrens praktisch möglich, Offnungen zu bilden, deren Abmessungen nicht grosser als 1,5 bis 2 /um sind, wobei die genannten Offnungen voneinander durch "Dämme" getrennt sind," deren Breite nicht grosser als 2yum bis 3/um ist. Diese numerischen Werte sind aber Grenzwerte und es ist mit dem üblichen Photoätzverfahren allein nicht möglich, unterhalb dieser Werte zu bleiben.
Es sei bemerkt, dass es durch Ionenätzung möglicl ist, Offnungen mit Abmessungen von 1 mm zu bilden, die voneinander durch Dämme getrennt werden, deren Breite 1,5 bis 2/um beträgt.
Die immer fortschreitende Miniaturisierung
insbesondere auf dem Gebiet der integrierten Schaltungen macht es notwendig, fü'r den Dotierungsvorgang Masken zu entwickeln, die es ermöglichen, bessere Ergebnisse als bisher zu erzielen.
Die Erfindung bezweckt, insbesondere die Breite der Dämme zwischen den Offnungen in der Maske, über die die Dotierung erfolgt, in erheblichem Masse herabzusetzen.
Nach der Erfindung ist ein Verfahren der eingang.·: genannten Art daher dadurch gekennzeichnet, dass in der Maskierungsschicht zunächst mindestens eine erste· Öffnung gebildet wird; dass in dieser ersten Öffnung auf der Halbleiteroberfläche eine Insel aus einem isotrop wachsenden Material angewachsen wird, bis sich diese Insel über den Rand der Öffnung hinweg auf der Maskierungsschicht erstreckt und darauf am Rande der Öffnung entlang einen Kragen bildet; dass dann die nicht von den Inseln bedeckten Teile der Mas-
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kierungsschicht entfernt werden, wodurch eine Maske mit mindestens einer zweiten Öffnung erhalten wird, wonach die Inseln entfernt werden, und dass durch die ersten und zweiten Offnungen hindurch mindestens ein Dotierungsstoff in den Halbleiterkörper eingeführt wird.
Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung werden benachbarte Dotierungsfenster, die den genannten ersten und zweiten Offnungen entsprechen, nur durch einen Damm voneinander getrennt, dessen Breite etwa 0,5/um betragen kann, während nach der üblichen Technik die genannte Breite mindestens 2 bis 3/um beträgt, wie oben bereits erwähnt wurde.
Es sei z.B. angenommen,dass in einer ersten
Stufe "erste"Offnungen mit einer Abmessung von 2 ,um in der Maskierungsschicht gebildet werden und dass die nahe beieinander liegenden Ränder dieser Offnungen durch einen Zwischenraum von ebenfalls 2 ;Um voneinander getrennt sind. (Diese Abstände sind an der Oberfläche des Filmes gemessen; es ist bekannt, dass in der Regel an der unteren Fläche des Filmes die Offnungen kleiner als 2 ,um sind, während der Abstand .zwischen den Offnungen grosser als 2 ,um ist, was auf die Neigung der Wände der Öffnungen zurückzuführen ist). In diesen "ersten" Öffnungen werden die genannten .Inseln mit Kragen angewachsen und dieser Wachsvorgang wird fortgesetzt, bis der Kragen z.B. um 0,5/Um über den oberen Rand der Offnungen hervorragt. Dann wird der Film zur Entfernung der zwischen den genannten Inseln liegenden Filmteile geätzt, so dass "zweite" Offnungen erhalten wer-den, die sich zwischen den "ersten" Offnungen befinden. Anschliessend
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werden die Inseln mit Kragen entfernt. Die Struktur weist dann Offnungen auf, deren Abmessung an der Oberfläche des Filmes 2 ,um (erste Offnungen) oder 1 /Um (zweite Offnungen) beträgt, wobei der Abstand zwischen den Mitten der ersten und der zweiten Offnungen 2 /um beträgt und diese Offnungen durch Dämme voneinander getrennt sind, deren Breite 0,5/um beträgt.
Bei Anwendung einer durch die üblichen Verfahren hergestellten Dotierungsmaske kann dagegen nicht nur die Abmessung der Offnungen nicht kleiner als 1,5 bis 2/uin sein, sondern kann auch der Abstand zwischen den Mitten der Dotierungsöffnungen nicht weniger als etwa 3»5/um betragen. Sogar bei Anwendung von Ionenätzung kann der genannte Abstand zwischen den Mitten der Offnungen nicht kleiner als etwa 2,5 /Uin werden.
Das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung einer Halbleiteranordnung durch Dotierung über eine auf die beschriebene Weise hergestellte Maske weist also den grossen Vorteil auf, dass die Offnungen sehr nahe beieinander gebildet werden können. Das Verfahren nach der Erfindung gestattet dadurch einen erheblich kleineren Abstand zwischen den verschiedenen Einzelteilen,wie dies für die Miniaturisierung der Halblexteranordnungen erforderlich ist.
Dadurch, dass die Wachstumsgeschwindigkeit eines isotrop wachsenden Materials in allen Richtungen gleich ist, wachsen die Inseln in den anfänglich gebildeten ersten Offnungen in der Maskierungsschicht in erster Linie nur in einer einzigen Richtung an, und zwar in dor Richtung
5 Π ^j ti 0 9/080 5
quer zu der Halbleiteroberfläche, wobei dieses Anwachsen von der Oberfläche des genannten Substrats her stattfindet und sich bis zu dem oberen Pegel, der Maskierungsschicht fortsetzt. Von diesem Pegel her erfolgt das Anwachsen der Inseln dann zugleich in transversaler und lateraler Richtung, wodurch auf diese Weise auf der genannten Maskierungsschicht oder dem -film Kragen erhalten werden, deren Breite etwa der Dicke oder Höhe dieser Kragen entspricht.
Dadurch, dass die genannten Kragen genau dem Rande der ersten Offnungen folgen, ist es mit Sicherheit möglich, die Breite der die ersten und die zweiten Öffnungen voneinander trennenden Dämme auf weniger als 1 /um herabzusetzen, ungeachtet der Form der Offnungen.
Die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung erfordert naturgemäss eine passende Vahl der einerseits zum Ätzen des Materials des Filmes, in dem die Maske gebildet wird, und andererseits zum Entfernen der Inseln mit Kragen verwendeten Ätzmittel. Das Ätzmittel, das zum Ätzen des Filmes verwendet wird, soll die Inseln mit Kragen nicht in beträchtlichem Masse angreifen, während umgekehrt das Ätzmittel zum Entfernen der Inseln die verbleibenden Teile des Filmes praktisch unbeschädigt lassen soll.
Wenn z.B. ein Siliciumdioxidfilm verwendet wird, in dem Inseln mit Kragen aus Nickel gebildet werden, ist es vorteilhaft, eine Fluorwasserstofflösung zum Ätzen des Siliciumdioxids zu verwenden (HF greift Siliciumdioxid viel schneller als Nickel an), während zum Wegätzen der Inseln z.J;,
5 ü ύ ti Ü ü / 0 8 0 5
Salpetersäure oder Salpetersäure mit"Wasserstoffperoxid verwendet wird.
Es sei bemerkt, dass chemisches Ätzen nicht das einzige Verfahren zum Erhalten schmaler Trenndämme ist. Die zwischen den Inseln liegenden Filmteile können ebenfalls durch Ionenätzung und auch durch Plasmazerstäuben entfernt werden, \legen der verhältnismässig verwickelten Art der Materialien, die für die beiden zuletzt genannten Verfahren und insbesondere für die Ionenätzung erforderlich sind, werden jedoch die genannten Verfahren vorzugsweise nur dann verwendet, wenn die Trenndämme eine besonders geringe Breite (in der Grössenordnung von 0,5 /um) aufweisen sollen.
Das Verfahren nach der Erfindung lässt sich
vorteilhaft zur Herstellung verschiedener Arten Halbleiteranordnungen anwenden. Besonders günstig ist das Verfahren nach der Erfindung bei der Herstellung einer Feldeffekthalbleiteranordnung mit vertikaler Struktur.
Unter "Feldeffektanordnungen mit vertikaler
Struktur" sind insbesondere Transistoren, aber auch Widerstände von Varistortyp zu verstehen, die in einem scheibenförmigen Halbleiterkörper gebildet werden und eine' Source-Zone und eine Drain-Zone enthalten, welche beiden Zonen miteinander über eine quer zu der Oberfläche verlaufende dritte Zone (die Kanalzone) in Verbindung stehen, die von dem Gate-Gebiet begrenzt wird, das sich innerhalb der Halbleiterscheibe befindet und mit der Kanalzone einen gleichrichtenden Übergang bildet. . ·
Im allgemeinen sind die drei Zonen einer Feld-
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effekthalbleiteranordnung mit vertikaler Struktur, und zwar die Source-Zone, die Kanalzone und die Drain-Zone, in der
Dickenrichtung einer Halbleiterscheibe übereinander angeordne" wobei die Source-Zone an eine erste Oberfläche der genannten Scheibe grenzt, während die Drain-Zone an die zweite Oberfläche dieser Scheibe grenzt. Das Gate-Gebiet befindet sich im Inneren der Scheibe und erstreckt sich parallel zu deren Hauptflächen; es ist also ein vergrabenes Gebiet, das die
Form eines Gitters aufweist, dessen Maschen die Kanäle bilden.
Die Anordnung lässt sich auch in einer epitaktischen Schicht erhalten, die auf einem Substrat abgelagert ist. Die Drain-Zone befindet sich dann im Substrat, während sich die Source-Zone an der Oberfläche der epitaktischen
Schicht befindet, oder umgekehrt.
In einer derartigen Anordnung fliesst der Strom
von der Source-Zone zu der Drain-Zone senkrecht zu der Fläche der Halbleiterscheibe.
Ein all diesen bekannten Ausfuhrungsformen von Feldeffektanordnungen mit vertikaler Struktur gemeinsames
bauliches Problem ist die Erzielung der Regelung des in
den Kanälen fliessenden Stromes mittels des Gate-Gebietes,
wobei diese Regelung möglichst zweckmässig sein muss. Diese Zweckmässigkeit der Regelung mittels des Gate-Gebietes hängt sowohl von dem Durchmesser jedes Kanals als auch von der
Länge dieser Kanäle ab: es ist einleuchtend, dass, je
schmäler die Kanäle und auch je länger (höher) die Kanäle
sind, je grosser der Einfluss ist, der von einer Potentialänderung des Gate-Gebietes auf den durch die genannten
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Kanäle fliessenden Strom ausgeübt wird.
Es ist bekannt, dass in der Praxis zur Erzielung einer möglichst zweckmässigen Regelung mittels des Gate-Gebietes das Verhältnis γ , d.h. das Verhältnis zwischen der· Höhe (= Länge) H der Kanäle und deren Breitenabmessung 1, grosser als 1-sein muss.
Andererseits ist jedoch das Hochfrequenzverhalten einer Anordnung vom obenbeschriebenen Typ besser, je kleiner H ist.
Es ist also vorteilhaft, die Breite 1 möglichst klein zu machen.
Durch bekannte Verfahren zur Herstellung von
Feldeffektanordnungen mit vertikaler Struktur wird das Gate-Gebiet entweder durch Diffusion (nach in der Halbleitertechnik bekannten Verfahren zur Bildung einer vergrabenen Schicht] oder durch Ionenimplantation erhalten.
In all diesen Fällen müssen in erster Linie
Offnungen in einer Maskierungsschicht (z.B. aus Silicium—· dioxid) gebildet werden, die auf der zu behandelnden Ober— fläche erzeugt ist, wobei über die genannten Offnungen danach, die Diffusion oder die Implantation durchgeführt wird. Wie bereits erwähnt wurde, lassen sich durch bekannte Maskierungstechniken seh schwer Offnungen bilden, deren Abmessung kleiner als 2 ,um und deren gegenseitiger Abstand kleiner· als 2 ,um ist.
Dadurch ist im allgemeinen die Breite der die diffundierten oder implantierten Zonen bildenden Kanäle grosser als 2,um (in der Grössenordriung von -2,2 /tun bis 2,4 Am).
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Durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist es möglich, die Kanalbreite auf weniger als 1/um herabzusetzen.
Feldeffektanordnungen, deren Kanäle im Gate-Gebiet eine Breite von weniger als 1 ,um aufweisen, vollführen vor allem bei hohen Frequenzen Leistungen, die viel besser al? die von Anordnungen vom gleichen Typ sind, die durch bekannte Verfahren erhalten werden.
Andererseits ist es infolge der Tatsache, dass die Breite 1 der Kanäle des Gate-Gebietes auf weniger als 1 /um herabgesetzt werden kann, möglich, die Höhe H dieser Kanäle auf 1 ,um und weniger herabzusetzen, während dennoch das Verhältnis — grosser als 1 bleibt. Dadurch wird der Aufbau erleichtert: wenn das Gate-Gebiet z.B. durch Ionenimplantation erhalten wird, ist die für die Bildung des genannten Gebietes benötigte Implantationsenergie geringer, je geringer die· Höhe H selber ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figuren 1a - 1e im Querschnitt im Detail die Herstellung einer bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendeten Maske, wobei die genannte Maske in aufeinanderfolgenden Stufen ihrer Herstellung dargestellt ist}
Figuren 2a - 2h schematisch im Querschnitt längs der Linie AA der Figuren 3a - 3e eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung in aufeinanderfolgenden Herateilungsstufen, und
Figuren 3a - 3e Draufsichten auf die Anordnung nach der Erfindung, die den Figuren 2a - 2e entsprechen (die Draufsicht nach Fig. Je entspricht ausserdem dem Querschnitt
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nach Fig. 2f ) .
In der Anfangsstufe der Herstellung der bei
dem Verfahren nach der Erfindung verwendeten Maske (siehe Fig. 1a) wird das die genannte Maske bildende Isoliermaterial in Form eines Filmes, z.B. aus Siliciumoxid, mit einer praktisch konstanten Dicke auf einer Oberfläche 11A eines Halbleitersubstrats 11, z.B. aus Silicium, gebildet.
Durch bekannte photolithographxsche Ätztechniken werden .in diesem Film 10 "erste" Offnungen 12 z.B. mit verschiedenen Abmessungen und verschiedenen Zwischenräumen erzeugt (siehe Fig. 1b). Diese Offnungen werden voneinander durch Teile 13 der Maskierungsschicht 10 getrennt.
Von den frei liegenden Teilen der Oberfläche 11A des Substrats 11 her werden dann in den genannten "ersten" Offnungen 12 Inseln mit Kragen 1*t aus einem isotrop wachsenden Material, z.B. aus Nickel, angewachsen (siehe Fig. 1c).
Die Inseln 14, deren Form der von Pilzen 'ähnlich, ist, weisen je einerseits einen unteren Teil 14A auf, der sich in dem von jeder Öffnung 12 begrenzten Raum befindet, während sie andererseits je einen höher liegenden Teil aufweisen, der in der Dicken- und der Breitenrichtung über die genannten Offnungen hervorragt, und auf diese Weise auf dem Film 10 die Kragen 14b bildet.
Da die Inseln 1U durch ein isotrop wachsendes Material gebildet.werden, sind die Abmessungen der Kragen i^B in der Dicken- und Breitenrichtung einander etwa gleich, wobei die genannte Breite und die genannte Dicke von der Oberseite des Randes der Offnungen 12 her gemessen werden.
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In der folgenden Stufe der Herstellung der Maske werden die sswischen den Kragen 1^B liegenden Teile des Filmes 10 z.B. mit einer HF-Lösung entfernt (siehe Fig. 1d), ohne dass die genannten Inseln angegriffen werden. Auf diese Weise werden die zwischenliegenden "zweiten" Offnungen 15 gebildet.
Schliesslich werden die Inseln Ik durch Ätzen, z.B. mit HNO„, entfernt. Die verbleibenden Teile des Filmes 10 bilden dann die Maske (siehe Fig. 1e).
Diese Maske enthält Offnungen 12 ("erste"
Offnungen) und Offnungen 15 ("zweite" Offnungen), die voneinander durch Dämme 16 getrennt werden, die die gleiche Dicke aufweisen. Im vorliegenden Beispiel weisen die Querwände 13, die die Offnungen 12 mit veränderlicher Breite voneinander trennen, auf der Oberseite die Grenzbreite 2/um auf. Unter Berücksichtigung der praktisch unvermeidlichen Neigung der Wände der Offnungen 12 wird die Breite der Querwände 13 auf deren Unterseite z.B. auf 2, J* ,um gebracht (diese Breite auf der Unterseite ändert sich einerseits mit der Dicke des Filmes 10 und andererseits mit den die Neigung der Wände beeinflussenden Ätzbedingungen). Dagegen ist die Breite der Offnungen 12 auf der Unterseite verringert.
Die Inseln mit Kragen 1*» sind z.B. durch Anwachsen auf chemischem oder galvanischem Wege erhalten. Auf galvanischem Wege kann dieses Anwachsen z.B. in einem Bad der Zusammensetzung:
Niekelsulfat 200 g/l Wasser • Nickelfluoborat 66 g/l
Nickelchlorid 1 g/l
Borsäure 20 g/l
bei einer Temperatur von etwa 6o°C und einem mittleren Elektrolysestrou! von etwa 35 m.A/cm2 erfolgen.
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Falls die Wände 16 eine sehr kleine Breite
(θ,5 /Um oder weniger auf der Oberseite) aufweisen, ist es wünschenswert, das chemische Ätzen des Siliciuradloxids durch das Ätzen durch Plasmazerstäubung zu ersetzen. Die Ätzung erfolgt mit einer mittleren Geschwindigkeit von etwa 30 X/min (in dem Falle, in dem der Film 10 aus Siliciumnitrid besteht, ist die Ätzgeschwindigkeit grosser, und zwar etwa 300 A/min).
Wenn angenommen wird, dass die Breite der
Kragen 1 kB der Inseln 14 (die von der Seite A der Ränder der Offnungen 12 bis zu der Grenzlinie B der Inseln 14 gemessen wild, wobei die Buchstaben A.und B in Fig. 1c angegeben sind), z.B.' 0,5/uni beträgt, wird eine Maske nach Fig. Ie erhalten, deren Offnungen 15 eine Breite von 1 ,um auf der Oberseite und eine Breite von 0,6 ,um auf der Unterseite aufweisen. Die Dämme l6 weisen auf der Oberseite eine Breite von 0,5 /um und auf der Unterseite eine Breite von 0,9/um auf.
Es ist einleuchtend, dass für eine vorgegebene Breite der Querwände 13 die Breite der Offnungen 15 und die Breite der Dämme 16 andere Werte als die oben beispielsweise gegebenen Werte erhalten können.
Figuren 2a - 2h und ja - je zeigen die Herstellung einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung. Es wird von einer epitaktischen einkristallinen Schicht 20 ausgegangen die auf einem Substrat 21 abgelagert ist. Diese Schicht 20 und dieses Substrat 2 1 weisen einen ersten Leitfählgkeitstyp auf.
Es sei bemerkt, dass in den zuletzt genannten Figuren die Neigung der Wände der durch chemisches Ätzen erhaltenen Öffnungen der Deutlichkeit halber nicht berück
ο ρ η rj ' ι ■>-
sxchtxgt wurde. ' ·
Wie in den Figuren 2a und Ja dargestellt ist,
wird zunächst eine ringförmige Zone 22 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Schicht 20, vorzugsweise durch Diffusion, gebildet.
Dann wird auf der Oberfläche der Schicht 20 und der Zone 22 ein Film 23 aus Isoliermaterial gebildet, der für die nachher zur Bildung des Gate-Gebietes der Halbleiteranordnung zu implantierenden Ionen undurchdringlich ist. Danach werden in dem Film 23 Offnungen 24 (iri diesem Falle vier Offnungen) vorgesehen, die sich von einem Rande der Zone 22 her erstrecken und sich bis zu dem gegenüber liegenden Rand fortsetzen und teilweise über diese Ränder hervorragen. Vorzugsweise sind die Offnungen 2k rechteckig gestaltet und sind sie regelmässig über die Oberfläche des von der Zone 22 begrenzten Teiles der Schicht 2O verteilt (siehe Figuren 2b und 3b; in Fig. 3b ist die unter dem Film 23 liegende Zone 22 mit einer gestrichelten Linie angedeutet).
Die nächste Bearbeitung ist die Bildung von
Inseln mit Kragen 25 in den Offnungen 2k durch elektrolytisches oder chemisches Anwachsen (siehe Figuren 2c und 3c; in Fig. 3c wird die Zone 22 mit gestrichelten Linien angedeutet, während die öffnungen 2k mit punktierten Linien angedeutet sind).
Nach der Bildung der Inseln 25 werden die
nicht von diesen Inseln geschützten Teile des Filmes 23 (z.B. durch chemisches Ätzen oder durch Plasmazerstäubung) entfernt, wonach die Inseln selber, z.B. durch chemisches
Ätzen, entfernt werden. Von dem Film 23 verbleiben dann nur die Dämme 26, die die "ersten" Offnungen Zk völlig umgeben. An allen anderen Stellen der Oberfläche der Scheibe, und zwar in den zwischenliegenden "zweiten" Offnungen 27» die in Abwechselung mit den "ersten" Offnungen 24 vorgesehen sind, (der von den Offnungen 27 beanspruchte Raum entspricht den nicht von den Inseln 25 geschützten Teilen des Filmes 23, die durch chemisches Ätzen oder Plasmazerstäubung entfernt werden), und am Umfang 28 der Anordnung (siehe Figuren 2d und 3d), sind die Schicht 20 und die Zone 22 dann freigelegt.
Nach der Bildung der Dämme 26' wird auf der.
Oberfläche eine Schicht 29 gebildet, die aus.einem Material besteht, das für die nachher zu implantierenden Ionen undurchdringlich ist, wobei die genannte Schicht 29 z.B. durch einen Photoresist geeigneter Art und passender Dicke gebildet wird, der auf derartige Weise geätzt wird, dass die von der Zone 22 begrenzte Oberfläche der epitaktischen Schicht 20 sowie ein kleiner Teil 22A der Zone 22 aufs neue freigelegt werden (ausgenommen an der Stelle der Dämme 26) (siehe Figuren 2e und 3e).
Durch Ionenimplantation wird dann das Gate-Gebiet 30 der Anordnung gebildet. Zu diesem Zweck-wird ein den zweiten Leitfähigkeitstyp herbeiführender Ionenstrahl auf die Oberfläche der Struktur gemäss einer Richtung gerichtet, die zu dieser Oberfläche praktisch senkrecht ist. Während dieser Ionenimplantation dienen als Maske einerseits die durch das für die genannten Ionen undurchdringliche Material gebildeten Dämme 26 .und andererseits die Photoresist-
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schicht 29.
Das Gate-Gebiet 30 weist die Form eines Gitters auf, dessen Maschen 31 den Dämmen 26 gegenüber liegen und eine Breite aufweisen, die der der genannten Dämme entspricht (siehe Fig. 2f). Alle Teile des Gitters 30 sind mit mindesten; zwei der einander gegenüber liegenden Ränder der Zone 22 verbunden,
Es ist ohne weiteres klar, dass die elektrischen Bedingungen, unter denen die Implantation stattfindet, derart} sein müssen, dass sich das Gitter auf dem richtigen Pegel in der Schicht 20 befindet und die gewünschte Höhe besitzt.
Es ist bekannt, dass durch Ionenimplantation
von der Oberfläche eines Körpers her eine Konzentration an Dotierungsionen erhalten wird, deren Verteilung nahezu einer Gausschen Funktion entspricht, wobei die grösste Konzentration in dem Körper, von der genannten Oberfläche her gemessen, in einem Abstand liegt, der von dem Energiepegel der verwendeten Ionen abhängig ist. Von einer bestimmten Implantationstiefe her kann also eine Schicht gebildet werden, deren Ladungsträgerkonzentration derartig ist, dass der ursprüngliche erste Leitfähigkeitstyp des Körpers invertiert ist. Dadurch wird auf direkte Weise eine vergrabene Schicht vom zweiten Leitfähigkeitatyp erhalten.
In dem betrachteten Falle der Herstellung einer Feldeffektanordnung mit vertikaler Struktur bestimmt der Energiepegel der Ionen die Dicke des Gitters 30} die Ionen-
2
dosis pro c» bestimmt die Ladungsträgerkonzentration im genannten Gitter 30.
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Nach der Bildung des Gate-Gebietes 30 werden
die Dämme 26 und die Photoresxstschxcht 29» die sich auf der Oberfläche der Struktur befinden, entfernt. Auf der Oberfläche wird anschliessend eine Schicht 3^ aus Isoliermaterial gebildet, in die ein Fenster 33 geätzt wird, dessen Begrenzungslinien zu dem Innenrand der Zone 22 parallel sind und sich innerhalb der Seiten dieser Zone 22 befinden. Auf diese Weise ist die Zone 22 völlig von der Schicht 32 bedeckt. Danach wird über das. Fenster 33 durch Ionenimplantation oder durch Diffusion ein den ersten Leitfähigkeitstyp herbeiführender Dotierungsstoff in diejenigen Oberflächen- · teile der Schicht 20 eingeführt, die über das Fenster frei gelegt sind. Diese Dotierung, durch die die hochdotierte Zone 3^ in Fig. 2g gebildet wird, hat einen zweifachen Zweck: einerseits dient die genannte Dotierung dazu, an der Oberfläche eine Kompensation der Dotierung vom zweiten Leitfähigkeitstyp zu erhalten, die durch die Implantation des Gitters 30 herbeigeführt wird; andererseits erleichtert die genannte Zone 3k die Bildung eines Kontakts auf der Oberfläche der" Schicht 20.
Die letzte noch durchzuführende Bearbeitung zur
Herstellung der Anordnung ist die Bildung eines Metallkontakt: 35 auf der Zone 22, eines Metallkontakts 36 auf der Zone 34. und eines Metallkontakts 37 auf der hinteren Fläche des Substrats 21.
Nach der Fertigstellung weist die Feldeffektanordnung mit vertikaler Struktur die Form auf, die dem Schnitt nach Fig. 2h entspricht. Oben wurde bereits erwähnt,
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dass das Gate-Gebiet dieser Anordnung dem Gitter JO entspricht Die Source-Zone befindet sich zwischen dem Kontakt j6 und dan Gitter 3O· Die Drain-Zone befindet sich an der Stelle des Teiles der Schicht 20, der das Gitter 3υ von dem Substrat trennt. Der. Kontakt 37 ist der Drain-Kontakt, wobei das Substrat 21 nur die Funktion einer stark leitenden Verbindungszone zwischen der Drain-Zone und dem Drain-Kontakt erfüllt. Es sei bemerkt, dass der Drain-Kontakt mit gleichen? Ergebnis auf der Oberfläche der Schicht 20 ausserhalb der von der Zone 22 definierten Grenzlinien gebildet werden könnte
Die Kanalzone der Anordnung wird durch die Teile der Schicht 20 gebildet, die in den Maschen oder Kanälen JI des Gitters 30 liegen.
Dank dem Verfahren nach der Erfindung kann die Breite der Kanäle 31 in. dieser Feldeffektanordnung mit vertikaler Struktur sehr klein sein (bis zu 0,^/um). Um ein
TT »
Verhältnis ·— zu erhalten, das grosser als 1 ist, ist es auf diese Weise nicht notwendig, dass die Ionenimplantation bei hoher Energie stattfindet.
Für ein praktisches Ausführungsbeispiel, auf das sich aber die Erfindung nicht beschränkt, werden nachstehend einige Daten in bezug auf die Herstellung der beschriebenen Feldeffektanordnung mit vertikaler Struktur erwähnt.
Zur Herstellung der beschriebenen Anordnung wird eine Siliciumscheibe 21 vom n-Leitfähigkeitstyp mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,01-fL.cm verwendet. Die ebenfalls η-leitende epitakt'ische Schicht 20 weist einen spezifischen Widerstand von etwa 5-*i»cm auf, während die
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Dicke dieser Schicht 1 ,8 ,um bis 2 /um beträgt.
Die p-leitende Zone 22 wird durch eine Bordiffusion erhalten; die Tiefe der Zone beträgt 0,8 /um bis 0,9/uni.
Der Film 23 besteht aus Siliciumoxid, das z.B.
durch Pyrolyse von Silan oder durch Oxidation erhalten wird. Die Dicke des Filmes 23 beträgt etwa 0,8 /Um.
Das p-leitende Gitter 30 wird durch Implantation von Borionen erhalten. Die Implantation erfolgt bei einer Energie von etwa 150 keV (135 - 1^5 keV) und einer lonendosis von etwa ^,5 · 10 Atomen/cm (4 . 10 - 5 · 10 Atomen/cnr Nach dieser Implantation wird erränschtenfalls bei 85O0C während 20 Minuten ausgeglüht. Unter diesen Bedingungen liegt die Höchstkonzentration des Gitters 30 auf einer Tiefe von 0,9 bis 1,1 /Um.
Das in der Source-Zone gebildete n-leitende
Gebiet 3h wird durch Ionenimplantation oder durch Diffusion gebildet. Im ersten Falle werden z.B. Phosphorionen bei einer Energie von etwa 20 keV (18 - 22 keV) und einer lonendosis von etwa 1,5 . 101^ Atomen/cm2 (1 . 1015 - 2 . 1015 Atomen/ cm ) implantiert. Nach dieser Implantation wird eine Ausglühbehandlung bei 8OO°C während 20 Minuten durchgeführt.
Auch ist es möglich, Arsenionen mit einer Energie von etwa 80 keV (75 - 85 keV) und einer lonendosis von etwa 2,5 . ΙΟ15 Atomen/cm2 (2 . 1015 -· 3 χ 101^ Atomen/cm2) zu verwenden. Die Ausglühbehandlung erfolgt dann bei 8OO°C, ebenftlls während 20 Minuten.
Im «weiten Falle» ftlso b»i Diffusion, wird das
Gebiet 34 z.B. durch Diffusion von Arsen von dotiertem
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Siliciumoxid aus gebildet. Das Ausglühen erfolgt bei 95O°C während 10 bis 20 Minuten. Die Dicke der Zone Jk beträgt etwa 0,2,um (0,2 - O,25yUm).
Die Breite der Kanäle 31 des Gitters 30 ist von den Abmessungen der Kragen der Inseln 25 abhängig. Unter den oben angegebenen Bedingungen und bei den für die wesentlichen Teile der Anordnung gegebenen Daten und im Falle einer Gesamtdicke von z.B. 1,'+/um der Inseln 25» was für die Kragen eine Höhe über der Oberfläche der Schicht 23 (und eine Breite) von 0,6 /um bedeutet, werden unter Berücksichtigung von Streueffekten, die auf laterale Diffusion und auf die Neigung der Wände 2.6 zurückzuführen sind, Kanäle 31 erhalten, deren Breite gleich 0,6 - 0,8 /um ist.
Veiter sei bemerkt, dass die Anwendung einer
Maske nach der Erfindung nicht die Möglichkeit ausschliesst, eine Feldeffektanordnung mit vertikaler Strukttir auf andere Veise als durch Ionenimplantation herzustellen. Es ist nämlicl möglich, das Gitter 30 über die Öffnung der durch die Dämme 2t gebildeten Maske zu diffundieren, wobei nach der genannton Diffusion z.B. auf der Schicht 20 ein epitaktisches Gebiet angewachsen wird, das die Source-Zone bildet.
Die Erfindung beschränkt sich naturgemäss nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele, weil im Rahmen der Erfindung für den Fachmann noch viele Abwandlungen möglich sind. In dem gegebenen Beispiel wurde nach dem Anbringen sowohl der ersten als auch der zweiten Offnungen derselbe Dotierungsstoff über diese Öffnungen eingeführt. Es kann jedoch unter Umständen z.B. vorteilhaft sein, zeitweise ein«·
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oder mehrere der "ersten" Offnungen (z.B. mit einer LackscMdit oder Oxidschicht) zuverschliessen bzw. verschlossen zu halten (mit Hilfe der darin angewachsenen Inseln) und zunächst über die "zweiten" Offnungen einen Dotierungsstoff und dann über die geöffneten bzw. wiedergeöffneten "ersten" Offnungen denselben oder einen anderen Dotierungsstoff einzuführen, nachdem gegebenenfalls die "zweiten" Offnungen mit einer Maskierung versehen worden sind.
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE;
    (1.) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem auf einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers eine Maskierungsschicht erzeugt wird, wonach in dieser Maskierungsschicht mindestens zwei Offnungen gebildet werden, wobei durch Einführung mindestens eines Dotierungsstoffes durch diese Offnungen hindurch dotierte Zonen in dem Halbleiterkörper gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Maskierungsschicht zunächst mindestens eine erste Öffnung gebildet wird; dass in dieser ersten Öffnung auf der Halbleiteroberfläche eine Insel eines isotrop wachsenden Materials angewachsen wird, bis sich diese Insel über den Rand der Öffnung hinweg auf der Maskierungsschicht erstreckt und darauf aa Rande der Öffnung entlang einen Kragen bildet; dass dann di'e nicht von den Inseln bedeckten Teile der Maskierungsschicht entfernt werden, wodurch eine Maske mit mindestens einer zweiten Öffnung erhalten wird, wonach die Inseln entfernt werden, und dass durch die ersten und zweiten Offnungen hindurch mindestens ein Dotierungsstoff in den Halbleiterkörper eingeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen der ersten und zweiten öffnungen derselbe Dotierungsstoff durch alle Offnungen hindurch in den Halbleiterkörper eingeführt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Inseln nicht bedeckten Teile der Maskierungsschicht durch Ätzen entfernt werden.
    k. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
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    gekennzeichnet, dass die von den Inseln nicht bedeckten Teile der Maskierungsschicht durch Plasmazerstäubung entfernt werden
    5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierungsstoff durch Ionenimplantation eingeführt wird.
    6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung einer Feldeffektanordnung, bei der die Richtung des Kanalstroms praktisch zu der Halbleiteroberfläche senkrecht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gate-Gebiet, das mit dem Kanalgebiet oder den Kanalgebieten einen pn-Ubergang bildet, durch Einführung eines den zweiten Leitfähigkeitstyp bestimmenden Dotierungsstoffes in ein an die Oberfläche grenzendes Halbleitergebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp durch die ersten und zweiten Offnungen der Maske hindurch gebildet wird.
    7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der genannten Kragen kleiner als 1 /um .ist.
    8. Feldeffektanordnung, die durch das Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 hergestellt ist.
    9· Feldeffektanordnung nach Anspi'uch 8, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Abmessung des Kanalgebietes oder der Kanalgebiete quer zu der Richtung des Kanalstroms Aveniger als 1 ,um beträgt.
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    Leerseite
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