DE2500047A1

DE2500047A1 - Verfahren zur herstellung von metalloxid-halbleitereinrichtungen

Info

Publication number: DE2500047A1
Application number: DE19752500047
Authority: DE
Inventors: James N Fordemwalt; John W Hanson; Robert J Huber; Kent F Smith
Original assignee: Arris Technology Inc
Current assignee: Arris Technology Inc
Priority date: 1974-01-02
Filing date: 1975-01-02
Publication date: 1975-07-10
Also published as: US3868274A; JPS50102273A; CA1011005A; GB1489390A; US3868274B1; JPS5524704B2

Description

Verfahren zur Herstellung von Metalloxid-Halbleitereinrichtungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ne talloxid-Halbleitereinrichtungen (im folgenden als MOS-Ein richtungen bezeichnet) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Ausführungsform der in großem Umfang verwendeten Halb leitereinrichtungen wird als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren bezeichnet. ^Im folgendes wird von MOS-FeIdeffekttransistoren bzw. von MOSFET gesprochen.) Die Grundausführung eines MOSFET*β besteht aus einem Substrat oder Plättchen eines ersten Leitfähigkeitetyps» welcher zwei gesonderte, im Abstand voneinander angeordnete Bereich· aufweist, welche mit Verunreinigungen eines zweiten Leitfäfcfekeitstype dotiert sind. Diese dotierten Bereiche werden als die Quelle und Senke des Transistors bezeichnet. Der Bereich de· Substrate, welcher die Quellen- und die Senkenbereiche trennt, wird als der Kanalbereich bezeichnet. Das Substrat weist auf seiner

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Oberfläche eine Isolierschicht auf, welche normalerweise aus
einem Siliziumoxid, vorzugsweise einem Siliziumdioxid besteht. In der Isolierschicht sind über den Quellen- bzw. Senkenbe reichen Löcher ausgebildet, und es ist über der Oberfläche der Einheit ein· leitende Schicht aufgebracht. Bei herkömmmlichen Photoätzverfahren ist die leitende Schicht vorgezeichent, um
die Quellen-Senken- und Steuerelektroden des Transistors zu
bilden. Die Steuerelektrode überdeckt normalerweise den gesamten Kanalbereich, damit der Transistor richtig arbeitet.

MOSFBT¹ en können aus Siliziumsubstraten bzw. -trägermaterialien des P-Leitfähigkeitstyps mit dotierten Quellen- und Senkenbereichen des N-Leitfähigkeitstyps oder aus Siliziumsubstraten bzw. -trägermaterialien des N-Leitfähigkeitstyps mit dotier ten Senken- und Quellenbereichen des P- Leitfähigkeitstyps hergestellt werden. Die erstgenannten Ausführungsformen werden
als N-Kanal-MOSFET*en bezeichent, da die primären Ladungsträ ger Elektronen sind, während die zweitgenannten Ausführungs formen «la P-Kanal-MOSFET'en bezeichnet werden, da die primären
Ladungsträger Löcher sind. Vorzugsweise werden jedoch MOSFET'en des N-Kanaltypa hergestellt, da negative Ladungsträger eine
größere Trägerbeweglichkeit als positive Ladung« träger haben,
so daB die N-Kanal-MOSFET'en mit größerer Geschwindigkeit ar beiten können. Ferner arbeiten die N-Kanal-MOSFET'en mit Steuerspannungen, welche mit normalen bzw. genormten bipolaren integrierten Schaltungen besser verträglich sind. Jedoch sind
die N-Kanal-MOSFET·en viel empfindlicher als die P-Kanal-MOS-FET'en, was auf einer eohädliehen elektrischen ligenechaft beruht, welche ala Feldinversion bezeichnet wird, die ,wenn sie
nicht gesteuert ist, zu einer parasitären Wirkung zwischen benachbarten Transistoren in der Schaltung führt, wodurch die
Leistung und das Betriebeverhalten der Schaltung wesentlich
herabgesetzt wird. Infolgedessen müssen Einrichtungen geschaffen werden, um diese Schwierigkeit aufgrund einer Feldinversion zu beseitigen, wenn N-Kanal-MOSFET¹en verwendet werden.

Sowohl die N- als auch die P-Kanal-MOSFET'en können in zwei

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Arten unterteilt werden, nämlich in Translatoren des Anreicherungetyps und des Verarmungstyps. Tranaistoren des Anreiche rungstyps sind normalerweise nichtleitend (d.h. sie weisen einen hohen Widerstand zwischen ihren Ausgangsanschlüssen auf), wenn eine Vorspannung von null Volt an deren Steueranschlufi angelegt ist. Damit ein Transistor des Anreicherungstype leitend wird, muß daher eine Spannung einer bestimmten Größe und Polarität (die sogenannte Schwellenwertspannung) an dessen Steueranschluß angelegt werden. Andererseits sind Transistoren des Verarmungstyps normalerweise leitend und weisen infolgedessen einen geringen Widerstand an ihren Ausgangaanschlüssen auf, selbst wenn keine Vorspannung an die Steueranschlüsse angelegt ist. Jedoch können Transistoren des Verarmungetyps besser leitfähig oder ganz nichtleitfähig gemacht werden, wenn Vorspannungen entsprechender Größe und Polarität an ihre Steueranschlüsse angelegt werden.

Die Schwellenwertspannung, oder allgemeiner ausgedrückt, ob ein Transistor ein Transistor des Anreicherungs- oder Verar mungstyps ist, wird dunb das Herstellungsverfahren festgelegt. Wenn beispielsweise ein Ioneneinsetzverfahren angewendet wird, werden bekanntlich die Art und die Konzentration der in den Kanalbereich eingesetzten Ionen entsprechend gesteuert, um Transistoren mit der gewünschten Schwellenwertspannung zu erhalten.

Ferner sollten Transistoren des Verarmunga- und des Anreiche rungstyps auf demselben Substrat bzw. Trägermaterial herge stellt werden können, da bestimmte Schaltungen, wie beispielsweise stromdrosselnde bzw. Verarmungsinverter sowohl Traneis toren des Verarmungs- als auch des Anreicherungstyps erfordern. Um dies zu erreichen, ist ein Verfahren geschaffen worden, nach welchem sowohl Transistoren des Verarmungβ- als auch des Anreicherungstype auf einem einzigen Substrat mittels einer einzi gen gesteuerten Ioneneinsetzung hergestellt werden können. Dies Verfahren ist im einzelnen in der am 30.August 1973 eingereichten US-Patentanmeldung SN. 392 971 mit dem Titel "Integrierte MOS-Schaltung" beschrieben, welche auf dieselbe Anmelderin wie

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die vorliegende Anmeldung zurückgeht.

Aufgrund der Fortschritte in der Technologie der MOSFET-Schaltungen ist festgestellt worden, daß bestimmte integrierte Schaltungen, welche sehr in Rechnerspeichern verwendet werden können, viel wirksamer arbeiten können, wenn auf einem einzi gen Substrat Transistoren mit einer Vielzahl verschiedener Schwellenwertspannungen hergestellt werden können. Beispielsweise werden in einem statischen Speicher mit wahlweisem Zu griff Speicherzellen mit Einrichtungen des Verarmungstyps mit Schwellenwertspannungen von -IV verwendet, um die Schaltungsgröße und den Energieverbrauch auf ein Minimum herabzusetzen. In den peripheren- oder Endgeräten werden Einrichtungen des Verarmungstyps mit Schwellenwertspannungen von -3V verwendet, um die Geschwindigkeit zu optimisieren und die Größer herabzusetzen. Wenn alle diese Einrichtungen des Verarmungstyps die seihe Schwellenwertspannung aufweisen, würden sie sehr unwirksam sein.

Ein weiterer Gesichtspunkt, welcher bei einem vorteilhaften und vertretbaren Herstellungsverfahren für MOSFET*en berück sichtigt werden muß, ist die parasitäre Transistorwirkung, welche zwischen benachbarten N-Kanal-Transistoren vorkommt. Da eine integrierte Schaltung viele einzelne, sehr nahe bei einander angeordnete Transistoren und die sie verbindenden elektrischen Leiter aufweist, ergeben sich Bereiche (welche als das Feld bezeichnet werden) der integrierten Schaltung zwischen benachbarten Transistoren, welche im Aufbau einem einzelenen Transistor entsprechen, indem sich ein elektrischer Leiter über zwei nichtverbundene N-Bereiche erstreckt, aber von diesen durch eine Isolierschicht getrennt ist. Sollte allerdings eine Spannung in diesem Leiter bewirken, daß ein Strom zwischen den darunterliegenden N-Bereichen fließt, ist ein parasitärer Transistor gebildet, welcher für die integrierte Schaltung nachteilig ist. Diese Wirkung, welche als Feldinversion bezeichnet wird, muß beseitigt werden, um ein einwandfreies Arbeiten der Schaltung zu gewährleisten.

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Ein Verfahren, um diese parasitären Transistoren zu beseitigen, besteht darin, den integrierten Schaltungeaufbau so auszulegen, daß eine Feldinveraion bei einer Spannung nicht vorkommen kann, welche an irgendeinem Element der integrierten Schaltung wäh rend des normalen Betriebs anliegen kann. Die Minimale Spannung, welche die parasitäre Transistorwirkung zur Folge hat, wird als die Feld-Inversionsspannung bezeichnet. Wenn diese Feld-Inversionsspannung wesentlich höher als die Betriebsspannung des MOS-FET¹ s gelegt wird, kann diese Wirkung beseitigt werden. Auch hat sich ergeben, daß bei einer entsprechenden Dotierung der Feldbereiche die Feld-Inversionsspannung wesentlich höher sein kann als die Betriebsspannung der MOSFET*en, wobei dann die schädliche parasitäre Transistorwirkung wesentlich geringer ist. Infolgedessen sollte ein Herstellungsverfahren so ausgelegt sein, daß keine zusätzlichen Schritte notwendig sind, um eine entsprechende Dotierung des Feldes zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Herstellungsverfahren für MOSFET¹en mit einer Vielzahl von Schwellenwertspannungen auf einem einzigen Halbleitersubstrat oder -träger zu schaffen, welches auch eine Felddotierung mit einschließt, die keine zusätzlichen Herstelllungsschritte erfordert, und bei welchem nur herkömmliche Verfahrensschritte verwendet werden und welches infolgedessen mit einer herkömmlichen Einrichtung durchgeführt werden kann. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einem Herstellungsverfahren für MOS-Einrichtungen geaäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmalelm kennzeichnenden Teil die ses Anspruchs erreicht.

Hierbei weist das Verfahren eine Dotierung von ausgewählten Teilen des Substrats oder Trägermaterials alt einem Dotier stoff eines Leitfähigkeitstyps auf, welcher dem Leitfähigkeitstyp des Substrats entgegengesetzt ist, um Quellen- und Senkenbereiche für eine Vielzahl Halbleitereinrichtungen zu schaffen. Hierbei werden eine Verunreinigung bzw. Fremdatome eines ersten Leitfähigkeitstyps in das Substrat bzw. den Träger an dessen Oberfläche in Bereichen, welche einem ersten Satz von ausge -

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wählten Elementen entsprechen, und nicht in Bereichen, welche einem zweiten Satz von ausgewählten Elementen entsprechen, eingebracht. Eine Verunreinigung bzw. Fremdatome eines zweiten Leitfähigkeitetyps werden dann in das Substrat an dessen Oberfläche in Bereichen eingeführt, welche dem zweiten Satz von ausgewählten Elementen entsprechen. Die Verunreinigungen bzw. Fremdatome des zweiten Leitfähigkeitstyps werden auch in das Substra.t an dessen Oberfläche in Bereichen eingeführt, welche mindestens einigen Bereichen des ersten Satzes der ausgewähl ten Elemente entsprechen. Ferner kann noch ein dritter Satz von auegewählten Elementen vorhanden sein, in welchen keine Verunreinigungen bzw. Fremdatome der beiden Leitfähigkeitstypen eingebracht werden.

Vorzugsweise werden die Verunreinigungen bzw. Fremdatome eines der beiden Leitfähigkeitstypen in das Substrat mittels eines Ioneneinführungsverfahrens eingebracht. Vorzugsweise wird während einer der Ioneneinführungsverfahren eine hohe Verunreinigungs- bzw. Fremdatomkonzentration über die Oberfläche des Substrats eingeführt (außer in den Bereichen, welche den Transistoren entsprechen, welche nicht diese entsprechende Einbringung erhalten) und dann wird die Konzeniiation dieser Verunreinigun gen bzw. Fremdatome in den Kanalbereichen der eingebrachten Transistoren vermin_dert, wodurch das Feld eine verhältnismä ßig hohe Verunreinigungs- bzw. Fremdatomkonzentration aufweist, wodurch die Feld-Inversionsspannung erhöht ist.

Infolgedessen kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Substrat mit fünf verschiedenen Verunreinigungs- bzw. Fremdatomkonzentrationen geschaffen werden, von welchen vier für Einrichtungen mit vier verschiedenen Schwellenwertspannungen gehalten werden und die fünfte Verunreinigungs- bzw. Fremdatomkonzentration in den Feldbereichen liegt, so daß die FeId-In Versionsspannung wesentlich erhöht ist. Abgesehen von diesem zusätzlichen Einführungs- bzw. Implantationsschritt erfordert diese· Verfahren keine zusätzlichen Verarbeitungsschritte, außer die welche ohnehin erforderlich sind, um Einrichtungen

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mit zwei verschiedenen Schwellenwerten zu erhalten.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung sind somit durch eine sorgfältige Steuerung der relativen Verunreinigungs- bzw. Fremdatomkonzentrationen in ausgewählten Bereichen des Sub strats Einrichtungen bzw. Elemente mit einer Vielzahl von Schwellenwerten bzw. -spannungen geschaffen. Einrichtungen oder Elemente des Anreicherungstyps werden auf einem Platt chen oder Vafer des N-Leitfähigkeitstyps hergestellt, indem die Elemente bzw. Einrichtungen des Verarmungetyps während einer Verunreinigungs-bzw. Fremdatomeinführung des P-Leitfähigkeitstyps abgedekt werden. Die Konzentration der Verunreinigung des P-Typs wird entsprechend gesteuert, um die gefor derte Schwellenwertspannung zu erhalten. Transistoren des Verarmungstyps werden hergestellt, indem Transistoren des Anreicherungstyps während der Einbringung der Verunreinigung bzw. von Fremdatomen des N-Leitfähigkeitstyps mittels einer Maske abgedeckt werden. Auch hier werden die Konzentrationen wieder sorgfältig gesteuert, um die geforderten Schwellen wertspannungen zu erhalten. Durch Abdecken bestimmter Transistoren während der beiden Einbringungsverfahren werden Elemente oder Einrichtungen geschaffen, welche eine Schwellenwertspannung aufweisen, welche nur durch die Eigenschaften des ursprünglichen Substratueterials bestimmt sind. Wenn darüber hinaus bestimmte Elemente beiden Einführungen bzw. Einpflanzungen ausgesetzt werden, wobei die Konzentration jeder Verunreinigung sorgfälltig gesteuert wird, wird eine vierte Schwellenwertspannung erhalten, welche durch die Ge samtwirkung der relativen Konzentrationen jeder der Verunreinigungen bestimmt ist.

Auf diese Weise können dann durch den Typ und die Konzentration der eingebrachten Verunreinigungen die Schwellenwert spannungen der Einrichtung bestimmt werden. Durch eine gezielte Abdeckung wird bestimmt, was mit welcher Verunreinigung eingeführt bzw. eingebracht wird. Druch eine entsprechende Steuerung des Konzentrationspegels wird die Größe der Schwel-

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lenwertspannung festgelegt. Da eine Verunreinigungs- bzw. Fremdatomkonzentration ohne weiteres geändert werden kann, ist es verhältnismäßig leicht, Einrichtungen bzw. Elemente mit irgendeiner aus einer Vielzahl von Schwellenwertspannungen zu erhalten. Wenn daher Elemente des Verarmungstyps mit Schwellenwertspannungen von -IV und -JV benötigt werden, kann dies ohne Schwierigkeit erreicht werden. Wenn andere Schwellen wertspannungen gefordert werden, kann dies durch Änderungen in den jeweiligen Verunreinigungskonzentrationen und / oder des Substratmaterials erreicht werden.

Obwohl bei der Erfindung verschiedene Masken benötigt werden, sind keine zusätzlichen Verfahrensschritte (abgesehen von dem zusätzlichen Einführungeschritt) außer denen erforderlich, die auch bei einem Verfahrei angewendet werden müssen um Einrich tungen oder Elemente mit nur zwei verahiedenen Schwellenwert spannungen zu erhalten. Auf diese Weise können Elemente mit bis zu vier verschiedenen Schwellenwertspannungen erhalten werden, wobei nur herkömmliche Verfahrensschritte angewendet werden, wodurch dann das Verfahren gemäß der Erfindung, wie gefordert, entsprechend wirtschaftlich und technisch anwendbar und durchführbar wird.

Das gemäß der Erfindung erhaltene Substrat kann somit Einrichtungen bzw. Elemente mit bis zu vier verschiedenen Schwellen wertspannungen in Abhängigkeit davon aufweisen, welche Verun reinigungen bzw. Fremdatome erforderlichenfalls in die Kanal bereiche der jeweiligen Elemente oder Einrichtungen eingebracht werden. Durch Steuern der jeweiligen Verunreinigungskonzentrationen können dann die Schwellenwertspannungen der Elemente genau bestimmt werden. Ferner wird durch die Einbringungjver fahren zusätzlich die Dotierung der Feldbereiche gesteuert, wodurch die parasitäre Traneistorwirkung zwischen den Elemen ten, welche durch eine Feldinversion hervorgerufen ist, wesentlich herabgesetzt ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh -

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formen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen er läutert. Es zeigen:

Fig.l eine schematische Schnittaniacht des Substrats in seiner ursprünglichen, für eine Veiterverarbeitung vorgesehenen Beschaffenheit}

Fig.2 eine der Fig.l entsprechende Schnittansicht, wobei je doch eine Isolierschicht auf der Oberfläche des Sub strats und eine Photoresist- bzw. -lackschicht auf der Isolierschicht aufgebracht und eine Maske auf der Pho tolackschicht angeordnet ist;

Fig.3 eine der Fig.2 entsprechende Ansicht, in welcher die Einrichtung nach Abnehmen der Maske und die Teile der Photolack- und Isolierschicht dargestellt sind, welche den Quellen- und Senkenbereichen jeder Einrichtung entsprechen;

Fig.k eine der Fig.3 entsprechende Ansicht, in welcher die

Einrichtung nach einer Dotierung und Entfernung der verbliebenen Teile der Photolackschicht sowie eines Teils der restlichen Isolierschicht dargestellt sind;

Fig.? eine der Fig.k entsprechende Ansicht, nachdem eine zusätzliche Isolierschicht aufgebracht worden ist und eine zweite Photolackschicht sowie eine Maske vorgesehen sind{

Fig.6 eine der Fig.5 entsprechende Ansicht, in welcher jedoch von der Einrichtung die Maske sowie die Photolackschicht in allen Bereichen außer denjenigen entfernt ist, wel ehe bezüglich der Kanalbereiche der zweiten und vierten Elemente ausgerichtet sind}

Fig.7 eine der Fig.6 entsprechende Ansicht, nachdem der erste Ioneneinführungsschritt beendet ist, die übrigen Teile

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der zweiten Photolackschicht entfernt und die dritte Isolierschicht aufgebracht ist;

Fig.8 eine der Fig.7 entsprechende Ansicht, in welcher jedoch bereits die dritte Photolackschicht und eine weitere Maske vorgesehen sind;

Fig. 9 eine der Fig.8 entsprechende Ansicht, nachdem jedoch bei der Einrichtung die Isolierschichten von den Kanal-jQuellen- und Senkenbereichen jedes Elements entfernt worden sindi

Fig.10 eine der Fig.9 entsprechende Ansicht, nachdem eine Oxidschicht in den Kanal-, Quellen- und Senkenbereichen jedes Elements gewachsen ist}

Fig.11 eine der Fig.10 entsprechende Ansicht, wobei jedoch die vierte Photolackschicht und eine weitere Maske bei der Einrichtung vorgesehen sind|

Fig.12 eine der Fig.11 entsprechende Ansicht, nachdem bei der Einrichtung die Maske und die Teile der dritten Photolackschicht entfernt sind, welche den Kanalbereichen der dritten und vierten Elemente entsprechen}

Fig.13 eine der Fig.12 entsprechende Ansicht, in welcher bei

der Einrichtung die zweite Ioneneinführung durchgeführt und die restlichen Teile der Photolackschicht entfernt sind}

Fig.l4 eine der Fig.13 entsprechende Ansicht, in welcher bei der Einrichtung die Quellen- und Senkenkontaktlöcher wieder geöffnet sind| und

Fig.15 eine der Fig.13 entsprechende Ansicht, in welcher die Quellen-Senken- und Steuerelektroden ausgebildet sind.

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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Schaffung von vier jeweils eine verschiedene Schwellenwertspannung aufweisenden MOS-FET¹ en auf einen einzigen Halbleitersubstrat beschrieben. Selbstverständlich kann jedoch das nachstehend in Verbindung mit der Schaffung von. vier MOSFST'en beschriebene Verfahren erforderlichenfalls auch gleichseitig bei allen MOSPST¹Sn einer integrierten Schaltung angewendet werden, und es können weni ger oder mehr als vier verschiedene Schwellenwertspannungen auf einem einzigen Substrat durch entsprechende Abwandlungen und Modifikationen der jeweiligen Verfahrensschritte hergestellt werden.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden eine Anzahl Ver fahrensschritte angewendet, um Verunreinigungen bzw. Fremdatome verschiedenen Leitfähigkeitstyps*in ausgewählte Bereiche bzw. Zonen des Substrats in genau gesteuerten Konzentrationen einzubringen, um Einrichtungen bzw. Elemente mit einer Vielzahl von Schwellenwerten zu schaffen. Bei einer Verunreinigung des einen Leitfähigkeitetyps in einer bestimmten Konzentration werden Elemente mit einer ersten Schwellenwertspannung geschaffen, während bei einer Verunreinigung des anderen Leitfähigkeitetype Elemente mit einer zweiten Schwellenwertspannung geschaffen werden, In einigem Bereichen oder Zonen werden Verunreinigun gen beider Leitfähigkeitstypen eingebracht, und dadurch Ein richtungen mit einer dritten Schwellenwertspannung geschaffen. In diesen Zonen wird eine Verunreinigung des einen Typs ganz aufgehoben oder es werden die Wirkungen der Verunreinigung des anderen Leitfähigkeitstyps in Abhängigkeit von dessen jeweiliger Konzentration teilweise ausgeschaltet. In anderen Zonen werden keine Verunreinigungen eingebracht und dadurch Einrichtungen mit einer vierten Schwellenwertspannung gebildet. Verschiedene Änderungen und Kombinationen der jeweiligen Verunreinigungekonzentrationen ermöglichen bei Anwendung dieses Verfahrens die Herstellung von integrierten Schaltungen für ganz bestimmte, spezifische Anwendungen.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird auch das Feld mit

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einer hohen Fremdamtomkonzentration dotiert, um eine Feldinversion durch Erhöhen der Feld-Inversionsspannung zu verringern. Obwohl verschiedene Masken verwendet werden, sind keine zusätzlichen Verfahrensschritte zum Aufbringen von Masken (abgesehen von einem einzigen zusätzlichen Einbringungsschritt) erforder · lieh außer denen, welche bei einem Verfahren ohnehin angewen det werden, um Elemente mit nur zwei verschiedenen Schwellenwerten zu schaffen.

In Fig.1 werden die Transistoren auf einem Substrat, Plättchen oder Wafer 10 vorzugsweise aus monokristallinem Silizium ge bildet. In Abhängigkeit von dem jeweiligen speziellen Anwen dungszweck, bei welchem die integrierte Schaltung eingesetzt werden soll, kann das Plättchen einen P- oder einen N-Leitfä higkeitstyp haben. Für viele Anwendungszwecke sollten große integrierte MOS-Schaltungen mit Kanälen des N-Leitfähigkeitstyps hergestellt werden, da deren Verträglichkeit mit den üblichen integrierten bipolaren Transistor-Transistor-Logikschaltungen besondere gut iat. Bei Verwendu ηg von Substraten mit einem hohen spezifischen Widerstand und von MOS-Transistoren des Verarmungstyps als Verbraucher bzw. Belastungen in den logischen Verknüpfungsgliedern können Schaltungen geschaffen werden, welche mit einer einzigen 5V-Spannungsquelle mit verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten arbeiten.

Infolgedessen wird die Erfindung anhand eines Substrats des P-Leitfähigkeitstyps beschrieben, obwohl ein entsprechendes Verfahren auch in Verbindung mit einem Substrat des N-Leitfähig keitstyps angewendet werden kann . Das Plättchen 10 ist durch herkömmliche Schneid-, Polier- und Reinigungsverfahren entsprechend aufbereitet. Das Substrat kann in Abhängigkeit von den geforderten Schwellenwert spannungen entweder in (Hl)- oder in (100)-Ebenen geschnitten sein. In der Wüdergabe ist die (100)-Ebene gewählt worden. Das Plättchen ist geläppt, gereinigt und entfettet und wird chemisch geätzt, um die Beschädigung beim Läppen an der Oberfläche zur Vorbereitung der nachfolgenden Verfahrensschritte zu beseitigen. Hierbei wird üblicherweise

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ein Substrat mit einem spezifischen Widerstand im Bereich.von 15 bis 20 Si cm verwendet.

Vie in Fig.2 dargestellt ist, wird eine dünne Isolierschicht 12 vorzugsweise aus Siliziumdioxid auf der Oberfläche des Substrates aufgebracht. Eine derartige Schicht kann beispielsweise durch thermisches Oxidieren des Plättchens bei Temperaturen zwischen 85O⁰C und 1 3OO°C in einem Brennofen aufgebracht werden t wobei trockener Sauerstoff oder Wasserdampf als entsprechendes Oxidierungsmittel vorhanden sind. Vorzugsweise wird eine 6 000 X dicke Schicht aufgebracht. Die Schicht 12 wird während der Dotierung schließlich als eine Diffusionsmaske verwendet.

Auf der Isolierschicht 12 wird dann eine Photolackschicht Ik aufgebracht. Beispielsweise kann hierzu "KPR" verwendet wer den, welches ein Warannahmen für ein Produkt der Eastman Ko dak Company ist. Die Schicht Ik wird getrocknet und erwärmt, um eine harte Emulsion zu bilden. Eine genau hergestellte Glasemulsionsmaske l6 mit hohem Auflösungsvermögen wird dann in satte Anlage mit der oberen Fläche der Schicht Ik gebracht. Die Maske l6 weist acht lichtundurchlässige bzw. opake Teile auf, welche jeweils der geforderten Lage eine der Quellenoder SenkenbenLche bzw. -zonen jeder der vier herzustellenden Transistoren entsprechen.

Diese Einheit wird dann mit einem genau eingestellten Strahl ultravioletten Lichts belichtet, wodurch die belichteten Teile der Photolackschicht Ik polymerisiert werden, Die Maske wird dann abgenommen und die nichtpolymerisierten Teile der Photolackschicht Ik werden durch ein ent sprechendes Lösungsmittel wie beispielsweise Xylol, entfernt. Die polymerisierten Teile bleiben als ein haftendes,gegen Ätzmittel resistentes Muster zurück.

Um die belichteten Teil der Siliziumdioxids&hicht 12 unten auf dem Substrat 10 wegzuätzen, wird eine Lösung aus Fluorwasser-

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stoffsäure verwendet. Die Einheit sieht dann so aus, wie in Fig.3 dargestellt ist. Die polymerisierte Photolackschicht 14 kann dann mittels Schwefelsäure entfernt werden, Mit Hilfe der übriggebliebenen Teile der Sthicht 12 als Maske wird dann die Einheit mit herkömmlichen Verfahren dotiert, beispielsweise durch Aufbringen eines Arsen-Siliziumdioxidfilmes durch schnelles Drehen, worauf dann eine Diffusion bei hoher Temperatur folgt. Durch die Verwendung von Arsen als Diffusionsmittel wird das Verfahren vereinfacht, indem die anschließenden,bei hoher Temperatur durchgeführten Verfahrensschritte nicht zu einer merklichen zusätzlichen Diffusion von Arsen führen. Die Verwendung von Arsen für eine Diffusion ermöglicht auch eine genaue Steuerung der Diffusionstiefen und infolgedessen der Ausbrei tung der Diffusionsbereiche.

Die Arsen-Diffusionsquelle ist als Arsen-Siliziumdioxid-Film gewählt, da dies handelsüblich ist und mit einer üblichen Photolackrichtdüse aufgebracht werden kann. Die Arsendiffusion wird gesteuert, um eine Widerstandsschicht von 2,63 St /cm his 2,70 ji-/cm (17 bis 18 ohms per square) und eine Ubergangszo nentiefe von 0,9 Mikron zu erhalten. Nach der Diffusion werden der Arsen-Siliziumdioxid-Film und ein wesentlicher Teil der übrigen Oxidschicht 12 entfernt und die Einheit erscheint dann so wie in Fig.4 in Schnitt dargestellt ist. Die diffundierten Zonen 18 und 20 bilden dann die Quelle bzw. Senke eines ersten Transistors, diffundierte Zonnen 22 bzw. 2k die Quellen-bzw. Senkenzonen eines zweiten Transistors, diffundierte Zonen 26 und 28 die Quellen- bzw. Senkenzonen eines dritten Transistors und diffundierte Zonen 30 und 32 die Quellen- bzw. Senkenzonen eines vierten Transistors.

Nachdem die Quellen- und Senkenzonen für jedes Element gebildet sLnd, wird das Plättchen wieder thermisch oxidiert, um eine zweite Isolierschicht 12* aus Siliziumdioxid auf dessen Ober fläche aufzubringen. Da die Oxidschicht 12* durchgehend die selbe Dicke hat, sind Vertiefungen in deren oberen Fläche vorhanden, welche den Quellen- und Senkenzonen jedes der Elemente

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entsprechen. Diese Vertiefungen sind auf die übriggebliebenen Teile der Isolierschicht 12 in din Feldzonen zurückzuführen, und bewirken, daß die verbundenen Isolierschichten 12 und 12' in den Feldzonen etwas dicker sind als in den Quellen- und Senkenzonen. Diese Vertiefungen erleichtern auch ein genaues Ausrichten der anschließend aufzubringenden Masken auf der Oberfläche.

Die Dicke der Oxidschicht in den Feldzonen an dieser Stelle ist besonders kritisch und wichtig, da wenn das Oxid zu dick ist, ein ungenügender Teil der einzubringenden Atome in dee Silizium verbleibt, Wenn andererseits die Feldoxidschicht zu dünn ist, werden die Atome zu tief eingebracht und der Hauptnutzeffekt-Koeffizient wird beeinträchtigt. Um daher den niedrigen Hauptnutzeffekt-Koeffizienten des hohen spezifischen Widerstandes des ursprünglichen Substrate zu bewahren, muß die Dicke der Feldoxidschicht sorgfältig gesteuert werden. In -einem speziellen Fall ist beispielsweise eine .Dicke der Feldoxidschicht von 5 000 % +_ 50 % erforderlich. Bei vorteilhaften Verfahren, um die geforderte Growth-Dickensteuerung zu erreichen, wird ein geteiltes bzw. Spaltfeld und ein Spaltbildmikroskop bzw. ein Mikroskop mit geteiltem Bild verwendet, in welchem ein Ver gleich zwischen der Interferenzfarbe des im Verfahren verwendeten Plättchens und der Interferenzfarbe eines Bezugsplättchens mit einer Siliziumdioxidschicht genau bekannter Dicke vorgenommen wird. Wenn dieser Vergleich durchgeführt ist, muß sowohl das im Verfahren verwendete Plättchen als auch das Bezugsplättchen mit Licht von derselben Lichtquelle belichtet werden, um Fehler zu vermeiden, die sich aus Farbunterschieden bei zwei verschiedenen Lichtquellen ergeben. Nachdem die Dicke der Feldoxidschicht vergrößert worden ist, kann das Plättchen mit einer Maske für die erste Fremdatomeinbringung abgedeckt werden. Hierdurch sind dann eine zweite Photolackschicht 34 und eine Maske 36 auf dem Plättchen aufgebracht. Wie in Fig.5 dargestellt, weist die Maske 36 durchsichtige Teile 38 auf, welche bezüglich den Kanalzonen der zweiten und vierten Transistoren ausgetich-

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tet sind. Das Plättchen wird dann mit genau ausgerichtetem bzw. gebündeltem ultravioletten Licht belichtet, und die Maske sowie die nichtpolymerisierte Photolackschicht werden ent fernt. Die verbleibende polymerisierte Photolackschicht 34 stellt eine Ionenimplantationsmaske dar, welche die zweiten und dritten Transietoren bedeckt, wie in Fig.6 dargestellt ist.

Die Einheit wird dann einem Strom energiereicher Ionen eines entsprechenden Elements ausgesetzt, wodurch Zonen des P-Leitfähigkeitstyps in dem Substrat geschaffen werden. Beispiels weise babeisich hierfür Borionen als wirksam erwiesen. Die Energie der Ionen wird sorgfäl tig gesteuert, so daß sie in das Substrat 10 in alle Bereiche bzw. Zonen entlang der Ober fläche der Einheit mit Ausnahme der von der Photolackschicht 34 bedeckten Zonen eindringen. Das Eindringen und die Konzentration der eingebrachten Ionen kann durch deren Energie und die Belichtungszeit genau gesteuert werden. Vorzugsweuse werden Ionen mit etwa 150 kEV verwendet, um die geforderte Implan-

12 2 tatxonskonzentration von 3»5 x 10 /cm zu erhalten. Das Ein dringen der Borionen durch die 5 000 A dicke Siliziumdioxid schicht ergibt bei diesem Energiepegel die geforderte Verunreinigungs - bzw. Fremdatomverteilung. Mit dieser Verteilung und der anschließenden minimalen Wärmebehandlung des Plättchens sind nur die Hauptwirkungskoeffizienten vorhanden, die für das Ausgangsmaterial kennzeichnend sind.

Die Boratome sind unter der Oberfläche des Plättchens 10 in den Kanalzonen 19 und 27 des ersten bzw. dritten Transistors vorhanden. Zusätzlich sind die Boratome auch unter der Plättchenoberfläche in allen Feldzonen 33 vorhanden. Die Boratome enthaltenden Zonen sind durch schraffierte Linien hervorgehoben, welche sich von der Unterseite der mit Fremdatomen versehenen Zonen zu deren Oberseite hin mit einer nach links gerichteten Schräge verlaufen.

Die übrigen Teile der Photolackschicht 34 werden dann entfernt. Ein· zusätzliche Schicht 12" aus einem Pyrolitoxid, welche vor-

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zugsweise eine Dicke von etwa 5 OOO % aufweisen, wird dann auf die Oberfläche des Plättchens aufgebracht. Durch diese Schicht 12" wird dann die Feldoxidschichtdicke auf eine Gesamtdicke von 10 OOO % gebracht, wie in Fig.7 dargestellt ist. Eine vierte Photolackschicht 42 und eine vierte Maske 44 werden dann auf der Oberseite der Isolierschicht 4o angeordnet. Die Maske 44 weist lichtundurchlässige, opake Bereiche auf, welche bezug lieh der Kanalzone sowie der Quellen- und Senkenzone jeder der vier Transistoren ausgerichtet sind. Die Einheit wird dann mit einem Strahl aus genau ausgerichtetem, gebündeltem ultravio letten Licht belichtet und die Maske sowie die nicht polyme risierten Teile der Photolackschicht 42 werden dann entfernt. Die Isolierschichten, welche an den KanaIy Quellen- und Senkenzonen jeder der Transistoren vorhanden sind, werden dann durch Ätzen entfernt, so daß das Substrat in den Kanalzonen jeder der Transistoren sowie in deren Quellen- und Senkenzonen frei bzw. ungeschützt ist. Die polymerisiert« Teile der Photolackschicht 42 werden dann entfernt, und das Plättchen erscheint dann so, wie in Fig.9 dargestellt ist.

Als nächstes wird eine Schicht 46 aus Siliziumdioxid in den Siliziumzonen aufgebracht, die aufgrund der vorhergehenden Verfahren sschritte frei daliegen. Hierzu wird dann die Einheit in einen Diffusionsofen eingebracht, in welchen Sauerstoff oder Wasserdampf als Oxidationsmittel eingeleitet wird, damit die freien Teile des Siliziums sich zu einer Siliziumdioxidschicht 46 entwickeln. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Siliziumdi oxidschicht 46 1000 SL Das Wachsen der Siliziumdioxidschicht 46 findet nur in den Kanal-, Quellen- und Senkensonen der Transistoren statt, wie in Fig.10 dargestellt ist. Das Silizium in den Kanalzonen 19 und 27 der ersten bzw.· dritten Transistoren enthält dann einige der eingebrachten Boratome· Da ein gewia ser Teil des Siliziumkristalle während des Oxidationsverfahrens verbraucht wird, ist die Anzahl der in die Oberfläche des Kristalls eingedrungenen bzw. der dort vorhandenen Atome aufgrund des Oxidatioinsverfahrens in diesen Kanalbereichen kleiner. Natürlich sind keine Ionen in die Kanalzonen der zweiten und vier-

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ten Tranaistoren eingedrungen. Infolgedessen beeinflußt dieses Anwachsen nicht die elektrischen Eigenschaften dieser Transistoren. Die elektrischen Eigenschaften der Quellen- und Senkenzonen bleiben also unbeeinflußt.

Während der gesteuerten Oxidation ist eine Oxidschicht von etwa 1 000 λ in den Kanal-, Quellen- und Senkenzonen gewachsen. In diesem Verfahrensschritt werden etwa 450 A Silizium in den Kanalzonen verbraucht. Diese ^50 A Silizium enthalten einen beträchtlichen Bruchteil der gesamten, eingebrehten Bordosis. Infolgedessen ist die Menge des eingebrachten Bors in den Kanalzonen 19 und 27 des ersten bzw. dritten Transistors unter die in den umgebenden Feldbereichen bzw. -zonen 33 herabgesetzt. Durch Steuern der Gate-Oxidationsbedingungen, d.h. der Zeit und der Temperatur, kann eine in gewissem Grade unabhängige Steuerung der Schwellenwertspannungen entsprechend einer vorgegebenen Feld-InversionsBpannung erhalten werden. Infolgedessen entspricht dieser Bereich mit einem verminderten Wert an einge brachten Borionen genau der Kanalzone der ersten und dritten Transistoren. Für diese Art logischer Schaltungen ist daher ein automatisches Ausrichtungeverfahren zwischen dem dotierten Feld und diesen Transistoren erforderlich. Beispielsweise werden Einrichtungen des Anreicherungstyps im allgemeinen in dynamischen Schaltungen als Durchgangseinrichtungen verwendet. Wenn daher zwischen dem dotierten Feld und der Größe des Anreiche rungskanals eine schlechte Ausrichtung gegeben ist, ist eine kleine parasitäre Einrichtung des Verarmungstyps vorhanden, welcher parallel zu den Transistoren des Anreicherungstyps angeordnet istt dies wird bei Verwendung eines Transistors des Anreicherungstyps als Durchgangseinrichtung sehr stark begrenzt, wenn es nicht unmöglich ist.

Da die Einheit dann erwärmt wird, um das Anwachsen herbeizuführen, wirkt dieser Verfahrensschritt als Vergütungsschritt. Ein derartiger Schritt ist jedoch erforderlich, um die eingebrach ten Boratome zu aktivieren, um die geforderten Eigenschaften in dem Substrat nachzuweisen.

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Wie in Fig.11 dargestellt, wird dann eine Photolackschicht 48 und eine Maske 5O auf der OberfX&che der Einheit aufgebracht. Die Maske 50 weist Iientundurchlässige bzw. opake Bereiche auf, welche bezüglich der dritten und vierten Transistoren ausge richtet sind. Die Einheit wird dann Mit einen Strahl genau ausgerichteten basw. gebündelten ultravioletten Lichte belichtet, und die nichtpolymerisierten Teile der Photolackechicht 48 und der Maske 50werden entfernt. Wie in Fig.12 dargestellt, bilden dann die übriggebliebenen, polymerisierten Teile der Schicht 48 eine lonenimplantations-Maake, welche die Oberfläche der Ein heit abgesehen von den Kanalzonen des dritten und vierten Transistors bedeckt.

Die Einheit wird dann einem Strahl energiereicher Ionen eines entsprechenden Elements ausgesetzt, wodurch Zonen des H-Leitfähigkeitstyps in dem Substrat geschaffen werden. Beispiels weise werden hierzu wirksam Phosphorionen verwendet. Die Energie der Ionen ist wiederum so gesteuert, daß sie in das Sub strat 10 nur in den Kanalzonen der Transistoren drei und vier eindringen. Die Dicke der Oxidschichten 12, 12* und 12" sowie der Photolackechicht 48 verhindert, daß die Phosphorionen alle anderen Teile des Substrats erreichen. Nach dem Eindringen der Phosphorionen und dem Entfernen der übrigen Teile der Photo lackschicht 48 sieht die Einrichtung im Querschnitt so aus, wie in Fig.13 dargestellt ist. Es können Phosphorionen mit l60 keV verwendet werden, um die geforderte Konzentration von 4,5 χ 10^ll/cm² zu erhalten.

Die Phosphorionen sind in den Kanalzonen 27 und 31 des dritten bzw. vierten Transistors vorhanden, und sind in den Zeichnun gen durch eine Schraffur dargestellt, welche an der Unterseite dieser Zonen beginnt und sich nach rechts bis zu deren Oberseite erstreckt. Der Bereich, welcher sowohl Bor- als auch Phos phorionen enthält (die Kanalzone des dritten Transistors) ist in beiden Richtungen schraffiert.

Zu diesem Zeitpunkt sind dann fünf gesonderte Fremdatomkonzen-

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trationen in dem Halbleitersubstrat vorhanden. In der Kanal zone 19 des ersten Transistors ist eine verminderte Konzentration von Borverunreinigungen bzw. -fremdetomen vorhanden, während in der Kanalzone 23 des zweiten Transistors keine Fremdatome bzw. Verunreinigungen vorhanden sind. In der Kanalzone 27 des dritten Transistors ist eine Kombination aus Phosphoratomen und einer verminderten Konzentration von Boratomen vorhanden, während in der Kanalzone 31 des vierten Transistors nur Phosphoratome vorhanden sind. In allen Feldbereichen bzw. -zonen ist eine Konzentration von Boratomen vorhanden, welche etwa gleich der ursprünglich eingebrachten Konzentration ist. Diese Konzentration und der Verunreinigungs- bzw. Fremdatometyp, die in der Kanalzone jedes Transistors vorhanden sind, bestimmen dessen Schwellenwertspannung.

Die Einheit wird dann vergütet, um die pro Flächeneinheit

(Q ) geladene Fläche zu verringern, und um die Phosphoreins s

bringung zu aktivieren. Es wird dann noch ein weiteres (nicht dargestelltes) Photoätzverfahren durchgeführt, welches genau dem vorbeschriebenen entspricht, um wieder Kontaktlöcher in der Isolierschicht zu öffnen , welche bezüglich der Quellen- und Senkenbereiche jedes der Transistoren ausgerichtet sind. Eine Schicht aus leitendem Material, wie beispielsweise Aluminium, wird dann auf der Oberfläche der Einheit angebracht, und es wird dann eine letzte Photoätzung durchgeführt, um Quellen-, Senken- und Steuerelektroden für jeden der Transistoren in herkömmlicher Weise zu schaffen, was in Fig. 15 durch starke Linien dargestd.lt ist. Das Aluminium wird dann vergütet, und das Plättchen bzw. der Wafer sieht dann so aus, wie in Fig.15 dargestellt ist. Danach wird, wenn es gefordert wird, eine darüberliegende Schutzoxidschicht auf das Plättchen aufgebracht.

Bei dem ursprünglichen Substrat wurde ein Substrat des N-Leitfähigkeitstyps gewählt, welches in der (100)-Ebene zerschnitten wurde. Der erste Transistor (der nur Borverunreinigungen bzw, -fremdatome in der Kanalzone aufweist) ist eine Einrichtung des Anreicherungstyps mit einer Schwellenwertspannung von

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+ 1V.. Der zweite Transistor (ohne eine Verunreinigung bzw.. ohne Fremdatome in der Kanalzone) ist eine Einrichtung des Verarmung* typs mit einer Schweilenwertspannung von OV. Der dritte Transistor (der sowohl Bor- als auch Phosphorverun reinigungen bzw. -fremdatome in der Kanalzone aufweist) ist eine Einrichtung des Verarmungstyps mit einer Schwellenwertspannung von -2V. Diese Schweilenwertspannung ergibt sich aufgrund der Summenwirkung der beiden Verunreinigungskonzentrationen. Die Wirkungen des Phosphors sind stärker als die des Bors, wodurch eine negative Schweilenwertspannung er reicht wird, jedoch mindert das Bor die Größe der negativen Schweilenwertspannung, die erreicht werden würde, wenn nur Phosphor eingebracht wird. Der vierte Tränsietor (der nur Phosphorverunreinigungen bzw. -fremdatome in der Kanalzone aufweist), -ist ein Transistor des Verarmungstyps mit einer Schweilenwertspannung von -3V,

Wenn ursprünglich ein entlang der (ill)-Ebene geschnittenes Substrat gewählt worden ist, würde der zweite Transistor (ohne eine Implantation in der Kanalzone) eine Einrichtung des Verarmungstyps mit einer Schwellenwertspannung von -IV sein, was auf den Eigenschaften eines entlang dieser Ebene durchschnittenen Substrats beruht. Die übrigen Transistoren würden, wenn es gefordert wird, dieselbe Schwellenwertspan nung wie die vorbeschriebenen Transistoren haben, wenn die Implantationspegel entsprechend eingestellt werden. Der Verstärkungsfaktor der Transistoren, welche auf Substraten, die an der (100)-Ebene zerschnittensind, ist besser als bei den Substraten, die an der (ill)-Ebene zerschnitten sind, und infolgedessen sollte die (100)-Ebene verwendet werden.

Zusätzlich zu der Herstellung von Schaltungen mit hohem Integrationsgrad werden auch zahlreiche einzelne Tränsietoren sowohl des Anreicherungs- als auch des Verarmungstyps durch Andern der Quellen-Senkenabstände hergestellt. Bei einer Gate-Oxidschichtdicke von 1 000 St und einem verhältnismäßig großen (2,5 · 10 ^cm bzw. 1 mil.) Quellen-Senkenabstand.um die Wir -

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kungen von Ungenauigkeiten der Kanallänge auf ein Minimum herabzusetzen, sind Einrichtungen des Anreicherungstyps mit Schwellenwertspannungen von +0,85V +0,3V und Einrichtungen des Verarmungstyps mit Schwellenwertspannungen von -2,5V +0,3Verhalten worden. Diese Schaltungen weisen eine Feld-Inversionsspannung zwischen 15 und 17V und eine Übergangszonen-Durchbruchsspannung von 35V auf. Zusätzlich zu diesen Werten sind der Haupteffekt-Koeffizient (Änderung der Schwellenwert spannung bezüglich der Quellenelektrode bei einer Vorspannung an dem Substrat) und dem Gegenwirkleitwert der Transistoren gemessen worden. Die Werte für den Haupteffekt-Koeffizienten liegen in Abhängigkeit von dem tatsächlichen spezifischen Widerstand des Substrats im Bereich von 0,4 bis 0,6. Diese Werte zeigen, daß die Ionen im allgemeinen weniger tief eingedrungen sind als der Oberflächen-Verarmungsbereich dick ist.

Die festgestellten Werte des Verstärkungsfaktors unterscheiden sich bei den Einrichtungen des Anreicherungs- und Verarmungstyps kaum. Die gemessenen Werte für Einrichtungen des Anreicherungstyps liegen bei 22 hh 2,uA/V und bei Einrichtungen

des Verarmungstyp· bei 30 +_ 2/uA/V . Die Unterschiede der Verstärkungsfaktoren bei dem Anreicherungs- und dem Verarmungstyp sind konstant bei allen Verfahrensuntersuchungen bei einer N-Kanal-Ionenimplantation, die sowohl bei (100)- als auch bei (111)-Material durchgeführt worden sind. Möglicherweise be ruht dieser Unterschied auf der Form des Potentials an der Oberfläche des Siliziums bei den Transistoren des Anreiche rungs- und Verarmungstyps. Diese Berechnungen zeigen jedoch, daß bei Transistoren des Verarmungstyps bei einer Ionenimplantation das maximale Potential in dem Silizium etwas unter der Oberfläche auftritt, während das maximale Potential in dem Silizium bei Transistoren des Anreicherungstyps an der Oberfläche des Halbleiters auftritt. Für unter der Oberfläche ausgebildete Kanäle können dann Ladungsträgerbeweglichkeiten erwartet werden, die infolge der Herabsetzung des Oberflächen-Streubeitrage bezüglich«der Volumenbeweglichkeit als der Oberflächen-

•der Beweglichkeit näher bei - 23 -

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beweglichkeit liegen. Dies kann aus dem unterschied in den Gegenwirkleitwert erklärt werden.

Die vorliegende Erfindung ist vorstehend anhand der Ausbildung von vier Einrichtungen mit jeweils einer unterschiedlichen Schwellenwertspannung beschrieben worden. Das Verfahren kann jedoch auch angewendet werden, um integrierte Schaltungen zu erzeugen, die Einrichtungen mit entweder drei Schwellenwertspannungen oder solche mit zwei Schwellenwertspannungen aufweisen, wenn es gefordert wird. Bei einer Schaltung mit Einrichtungen «drei Schwellenwertspannungen sind vier Kombinationen möglich: eine Einrichtung mit keiner und mit jeweils einer Implantation eines P- und eines N-Leitfähigkeimtyps; eine Einrichtung mit jeweils einer Einrichtung mit nur N-Verunreinigungen und einer Einrichtung ohne Verunreinigung! und eine Einrichtung mit zwei Implantationen mit nur P-Verunreinigungen und mit einer Implantation ohne Verunreinigung. In einer Schaltung mit Einrichtungen mit.zwei Schwellenwertspannungen gibt es drei Möglichkeiten, nämlich eine Einrichtung mit nur N-Verunreinigungen und eine mit beiden} eine Einrichtung mit nur P-Verunreinigungen und eine mit beiden, und eine Einrichtung mit beiden Verunreinigungstypen und eine ohne Verunrei nigungen. *mit

Da die Konzentrationen der beiden Verunreinigungen genau gesteuert werden können, kann eine große Vielzahl von Schaltungen mit Einrichtungen mit mehreren verschiedenen Schwellen wertspannungen entsprechend den geforderten Betriebsdaten der Schaltung hergestellt werden, indem die Konzentrationen und die Stellen der Dotierungen geändert werden. Infolgedessen kann bei Anwendung der Erfindung eine große Vielfalt bei ber Herstellung von integrierten Schaltungen erhalten werden, welche bisher nicht möglich war.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat ferner den Vorteil, daß eine integrierte Schaltung mit Transistoren sowohl des Anreicherung»- als auch des Verarmungstyps mit verschiede -

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nen Schwellenwertspannungea hergestellt werden kann. Bei diesem Verfahren werden zwei Ioneniinplantationsschritte verwendet, wodurch Einrichtungen mit einer Vielzahl von Schwellenwerten sowie einem dotierten Feld erhalten sind, wobei die Schwierigkeiten aufgrund einer Feldinversion beseitigt sind. Ferner kann das Verfahren mit herkömmlichen Einrichtungen durchgeführt werden und es sind nur bekannte Verfahrenstechniken angewendet.

Patentansprüche

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Claims

Patentans ρ r ü c h β

Verfahren zur Herstellung von Metalloxid-Halbleitereinrichtungen mit einer Anzahl Schwellenwertspannungen auf einem einzigen Halbleitersubstrat, bei welchem ausgewählte Teile des ungeschützten Substrats mit einem Dotierstoff des einen Leitfähigkeitstyps dotiert werden, welcher dem Leitfähigkeitstyp des Substrats entgegengesetzt ist, um Quellen- und Senkenbereiche für eine Anzahl Halbleitereinrichtungen zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in das Substrat (10) an dessen Oberfläche in Zonen (33« 191 27), welche ersten ausgewählten Einrichtungen entsprechen , und nicht in Zonen (23* 31) eingebracht wird, welche zweiten ausgewählten Einrichtung« entsprechen, und daß eine Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps in das Substrat (10) an dessen Oberfläche in Zonen (27, 31) eingebracht sind, welche den zweiten ausgewählten Einrichtungen entsprechen, wodurch für jede Einrichtung Quellen*; Senkenrund Steuerelektroden gebildet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps in das Substrat (10) an dessen Oberflächen in Zonen (27) eingebracht wird, welche zumindest einigen der ersten ausgewählten Einrichtungen entsprechen.

3* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, -gekennzeichnet, durch dritte ausgewählte Einrichtungen, in welche keine Leitfähigkeitsverunreinigungen einge bracht werden.,

k. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitfähigkeitsverunreinigung eingebracht wird, indem das Substrat (10) mit einer entsprechend ausgebildeten Ionen-Implantationsmaske (39t 3^)

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abgedeckt ist, und daß die Oberfläche der Einheit dann einem Strahl von die Leitfähigkeit bestimmenden Ionen ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps ein P-Dotierstoff ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der P-Dotierstoff Borionen aufweist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps ein N-Dotierstoff ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der N-Dotierstoff Phosphorionen aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung des er sten Leitfähigkeitetyps ein P-Dotierstoff ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9 ι dadurch gekennzeichnet, daß der P-Dotierstoff Borionan aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erste, zweite und dritte Einrichtungen mit drei verschiedenen Schwellenwertspannungen hergestellt werden, und daß die ersten ausgewählten Einrichtungen die erste Einrichtung und die zweiten ausgewählten Einrichtungen die zweite Einrichtung aufweisen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

g e k enn ζ ei c hn e t, daß erste und zweite Einrichtungen mit zwei verschiedenen Schwellenwertspannungen gebildet werden,

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und daß die ersten ausgewählte* Einrichtung« «*»e erste Einrichtung ,und daß die anreiten ausgewählten Einrichtungen die erste und die zweite Einrichtung aufweisen.

13. Verfahren zur Herstellung von Metalloxid-Halbleiterein richtungen, wobei jede der Einrichtungen eine verschiedene Schwellenwertspannung aufweist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch g e k enn ζ e i c h η et, daß eine erste Isolierschicht (12) auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird, daß Teile der ersten Isolirschicht (12) entfernt werden, um darin ein Paar im Abstand voneinander angeordneter Öffnungen für jede herzustellende Einrichtung auszubilden, daß das ungeschützte Substrat zur Ausbildung Von Quellen- und Senken-. zonen (l8, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32) für jede Einrichtung dotiert wird, daß eine zweite Isolierschicht (12) auf die Einheit aufgebracht wird, daß die Kanalzonen der dritten und vierten Einrichtungen mit einer Implantationsmaske (34) abgedeckt werden, daß dann die Einheit einem Strahl von P-Ionen ausgesetzt wird, hierauf die Maske und dann die Isolierschichten in den Kanalzonen jeder derEinrichtungen entfernt wird, daß eine Oxidschicht in der Kanalzone jeder Einrichtung wächst, daß die zweiten und vierten Einrichtungen mit einer Ionenim plantationsmaske (46) abgedeckt werden, daß die Einheit einem Strahl von N-Ionen ausgesetzt wird, und daß die Quellen-, Senken- und Steuerelektroden für jede Einrichtung gebildet werden, so daß dann jede der Einrichtungen eine unterschiedliche Schwellenwertspannung aufweist.

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