DE2545871A1

DE2545871A1 - Feldeffekttransistor mit verbesserter stabilitaet des schwellwertes

Info

Publication number: DE2545871A1
Application number: DE19752545871
Authority: DE
Inventors: Igor Antipov; Dale Keith Jadus
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-12-06
Filing date: 1975-10-14
Publication date: 1976-06-10
Also published as: FR2293795B1; DE2545871C3; SE7513554L; NL7513901A; BE835288A; BR7508781A; FR2293795A1; DE2545871B2; JPS5168776A; ES442755A1; CH591764A5

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: FI 974 039

Feldeffekttransistor mit verbesserter Stabilität des Schwellwertes

B^e Erfindung betrifft einen verbesserten, ein isolierte Gate-Elektrode aufweisenden Feldeffekttransistor und insbesondere einen Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp, der mindestens eine Drain-Zone mit einem in waagrechter Richtung abgestuften Störstellensprofil aufweist.

Feldeffekttransistoren sind allgemein bekannt und bestehen gewöhnlich aus einer metallischen Gate-Elektrode, die von der Oberfläche eines entsprechend dotierten Halbleiterkörpers eines ersten Leitungstyps durch eine dünne dielektrische Schicht getrennt ist. Die Source- und Drain-Elektroden werden durch voneinander auf Abstand stehende Oberflächenzonen geringen Widerstandes des entgegengesetzten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper gebildet. Ein an die metallische Gate-Elektrode angelegtes elektrisches Feld moduliert die Ladungsträgerdichte in dem Kanal zwischen Source- und Drain-Elektroden. Die beiden Grundtpyen von mit isolierter Gate-Elektrode versehenen Feldeffekttransistoren sind der Anreicherungstyp und der Verarmungstyp. Bei FeId-

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effekttransistoren vom Anreicherungstyp ist in dem Kanal zwischen Source- und Drain-Elektrode ein Mangel an Minoritätsladungsträgern in bezug auf die Masse des Halbleiterkörpers vorhanden. Bei einer Gate-Vorspannung null zeigen sie zwischen Source und Drain eine kleinste Leitfähigkeit. Dieser Zustand kann beispielsweise dadurch hervorgerufen werden, daß man ein

; gleichförmig dotiertes P-leitendes Halbleitersubstrat mit N-

leitenden Source- und Drain-Zonen benutzt. Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp weisen im Bereich des Kanals einen Überschuß an Minoritätsladungsträgern in bezug auf die Masse des Halbleiterkörpers auf und besitzen bei Gate-Vorspannung null zwischen Source- und Drain-Elektrode eine wesentliche Leitfähigkeit. Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp lassen sich beispielsweise dadurch herstellen_f daß man im Kanalbereich j Störelemente vom gleichen Leitfähigkeitstyp, wie die Source- und Drain-Zone, einbringt oder indem man elektrisch durch die Ladungsträger in dem Isolator einen leitenden Kanal induziert.

Die Entwicklung von Halbleitervorrichtungen und insbesondere von Feldeffekttransistoren hat ganz allgemein zum Ziel, das Betriebsverhalten zu verbessern, indem man die Dichte erhöht, die Kapazität verringert und die Empfindlichkeit heraufsetzt. Durch Verringerung der Dichte wird der Kanalbereich verkürzt, wodurch sich eine größere Packungsdichte und ein schnelleres Ansprechverhalten ergibt. Mit der Verkürzung der Kanallänge ergeben sich jedoch Einschränkungen in bezug auf die Betriebsspannungen der Halbleitervorrichtung. Die Störelementgradienten relativ flacher Diffusionszonen niedrigen spezifischen Widerstandes mit N-leitenden Störstellen, wie z.B. Arsen oder, zu einem geringeren Grad, Phosphor sind hoch. Die Durchbruchsspannung kurzer, mit N-leitendem Kanal versehener Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode kann sehr klein sein. Für eine gegebene Betriebsspannung hat dies eine Beschränkung der Minimallänge von N Kanal-Transistoren zur Folge und umgekehrt beschränkt eine vorgegebene minimale Kanallänge die Höhe der Betriebsspannung. Für einen vorgegebenen Feldeffekt-

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transistor mit sehr kleiner Kanallänge ist das elektrische Feld in der Nachbarschaft der Drain-Zone sehr hoch. Wird die Spannung zwischen Source- und Drain-Zone erhöht, dann tritt ein Lawinendurchbruch zunächst unmittelbar anschließend an die Drain-Zone in der Nähe der Oberfläche der Halbleitervorrichtung auf. Durch den Lawinendurchbruch werden Elektronen und Löcher erzeugt, wobei sich die Elektronen in die dielektrische Schicht zwischen der Gate-Elektrode und dem Halbleiterkörper einlagern. Dadurch ergibt sich aber eine negative Aufladung, die die Schwellwertspannung der Halbleitervorrichtung wesentlich beeinflußt. Wenn also die Längen der einzelnen Kanäle von Feldeffekttransistoren immer kurzer werden, dann wird die zulässige Betriebsspannung zwischen Source- und Drain-Zone ebenfalls kleiner. Die gleiche Situation findet man bei P-Kanal-Vorrichtungen, jedoch nicht so stark.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, diese einschränkenden Randbedingungen dadurch etwas zu mildern, daß eine Struktur und ein Verfahren zum Herstellen dieser Struktur angegeben wird, wodurch für eine gegebene Kanallänge höhere Betriebsspannungen benutzt werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Der hier offenbarte, verbesserte Feldeffekttransistor weist in einen monokristallinen Halbleiterkörper mit einem Störelementanteil eines ersten Leitungstyps zwei voneinander auf Abstand stehende Source- und Drain-Bereiche eines, zweiten entgegengesetzten Leitungstyps auf, die einen dazwischenliegenden Kanal definieren, wobei mindestens der Drain-Bereich aus einem Zentralbereich mit einer hohen Oberflächenkonzentration eines zweiten Störelementes und einem den Zentralbereich umgebenden Randbereich mit der niedrigeren Störelementkonzentratlon besteht. Auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegt eine Isolierschicht, die Source- und Drain-Elektroden sind in

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elektrischem Kontakt mit dem Zentralbereich der Source- und
Drain-Bereiche und über dem Kanalbereich befindet sich eine
Gate-Εlektrode.

Das Verfahren zum Herstellen des verbesserten Feldeffekttransistors besteht darin, daß man auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers, der ein Störelement eines ersten Leitungstyps enthält, eine Maskenschicht bildet, wobei die Maskenschicht auf
Abstand stehende Öffnungen für die Bildung der Source- und
Drain-Bereiche enthält, daß man anschließend durch diese Öffnungen ein Störelement des entgegengesetzten Leitungstyps in den
Körper einführt und den Halbleiterkörper für eine Ausbreitung

des Störelementes im Halbleiterkörper erwärmt, und daß man j anschließend ein weiteres Störelement der zweiten Art zur BiI- !

i dung einer hohen Störelementkonzentration mindestens in unmittel- '.

barer Nachbarschaft der Oberfläche des Halbleiterkörpers in j unmittelbarer Nähe der in der Maske vorgesehenen Öffnungen j einführt. i

j Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels |

in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. I Die unter Schutz zu stellenden Merkmale sind den Patentansprü- ι chen im einzelnen zu entnehmen. '

In den Zeichnungen zeigt:

Fign. 1-7 eine Folge von Schnittansichten zur Darstellung

eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung
eines erfindungsgemäß aufgebauten Feldeffekttransistors mit einem kurzen Kanal,

Fign. 8A + 8B eine vergrößerte Teilschnittansicht des Drain-Bereiches des erfindungsgemäß aufgebauten
Transistors und das entsprechende Störelementprofil und

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Fig. 9 ein Diagramm zur Darstellung der maximalen

Betriebsspannung über der Kanallänge, woraus die erhöhte Betriebsspannung, die sich bei erfindungsgemäß hergestellten und aufgebauten Feldeffekttransistoren ergibt, erkennbar ist.

Die Hauptschwierigkeit, die beim Betrieb von Feldeffekttransistoren deren Wirksamkeit nachteilig beeinflußt, ist die durch Lawinenzusammenbruch hervorgerufene Injektion heißer Elektronen in das Gate-Dielektrikum. Es kann gezeigt werden, daß die Stabilität und das Betriebsverhalten von Halbleitervorrichtungen, bei denen diese Schwierigkeit auftritt, sich bis auf unannehmbare Werte verschlechtert. Heiße Elektronen werden durch starke elektrische Felder im Verarmungsbereich der Drain-Zone hervorgerufen, die eine Stoßionisation und Vervielfachung der Ladungsträger zur Folge hat, die zu einer lawinenartigen Injektion von Elektronen in das Dielektrikum führt. Diese im Verarmungsbereich auftretenden hohen Feldstärken können dadurch herabgesetzt werden, daß man die Dicke des Verarmungsbereichs der Drain-Zone heraufsetzt.

In den Fign. 1 bis 7 ist eine Folge von Querschnittansichten dargestellt, die der Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens dienen. In Fig. 1 ist eine Maskenschicht 10, vorzugsweise aus Siliciumdioxid gezeigt, die beispielsweise durch thermische Oxidation eines monokristallinen Siliciumkörpers 12 in einer oxydierenden Atmosphäre erzeugt wird, wobei die Oxidationszeit so gewählt wird, daß eine Schichtdicke der Schicht 10 im Bereich zwischen 6000 und 10.000 8 erzielt wird, öffnungen 14 und 16 werden durch übliche photolithographische und Ätzverfahren hergestellt. Die öffnungen 14 und 16 liegen über den Source- und Drain-Bereichen, die in dem Halbleiterkörper 12 hergestellt werden sollen. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, wird zunächst ein erstes StOrelement eingeführt. Dabei wird ein N-leitendes Störelement durch

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die Öffnungen 14 und 16 in den Halbleiterkörper 12 zur Bildung der Zonen 18 und 20 eingebracht. Vorzugsweise wird als erstes Störelement Phosphor oder ein anderes N-leitendes Störelement mit relativ hoher Diffusität eingeführt. Das Störelement kann entweder durch übliche Diffusion oder durch Ionenimplantation eingebracht werden. Falls das Störelement durch Diffusion eingebracht wird, soll die Oberflächenkonzentration in der Größen-

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Ordnung von 4 χ 10 Atomen/cm liegen. Wenn das Störelement durch Ionenbeschuß eingebracht wird, sollte die Dosierung der j Ionen so gewählt sein, daß sich eine Konzentration auf oder

I 18 3

I in der Nähe der Oberfläche von 4 χ 10 Atomen/cm ergibt. Der

I Ionenbeschuß wird normalerweise in der Größenordnung von ! 5O Kev liegen. Zur Herstellung der Diffusionszonen 18 und 20 ι für P-Kanal-Halbleitervorrichtungen kann man auch Bor als Störelement verwenden. Wie in Fig. 3 angedeutet, wird der Halbleiterkörper 12 anschließend für eine so lange Zeit auf eine erhöhte *■ Temperatur aufgeheizt, so daß das erste N-leitende Störelement ¹ in den Halbleiterkörper 12 hineingetrieben wird und sich dort

• ausbreitet. Dabei geht man gewöhnlich so vor, daß man den HaIb- ; leiterkörper in einer Stickstoffatmosphäre für ein bis vier

Stunden auf eine Temperatur in der Größenordnung von 1100 ⁰C

* aufheizt. Nach diesem Verfahrensschritt zum Eintreiben der Diffusion sollte der spezifische Widerstand auf oder in der ι Nähe der Oberfläche der Zonen 18 und 20 in der Größenordnung von 340 Ohm/Quadrat liegen, was einer Oberflächen-Störelement-

¹ 18 3

'konzentration von 1,6 χ 10 Atomen/cm entspricht. Wie aus

;Fig. 4 zu erkennen, wird anschließend ein zweites N-leitendes : Störelement, vorzugsweise mit einer geringeren Diffusionsge- ! schwindigkeit durch die Öffnungen 14 und 16 zur Bildung hoher

Störelementkonzentrationen in den Bereichen 22 und 24 in den I Halbleiterkörper 12 eingebracht. Die Bereiche 22 und 24 dienen : der Herstellung der elektrischen Kontaktverbindung an die

Source- und Drain-Bereiche beim fertiggestellten Feldeffekt- ! transistor. Ein hierbei bevorzugtes Störelement ist Arsen, das ! durch Kapseldiffusion eingeführt werden kann. Andererseits läßt sich das Störelement auch durch Ionenbeschuß mit geeigneter

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Energie und Dosierung einbringen, so daß sich in den Bereichen ^22 und 24 eine hohe Oberflächenkonzentration, vorzugsweise in

2Q 3 der Größenordnung von t bis 6 χ 10 Atome/cm ergibt. Wie aus Fig. 5 zu erkennen, werden dann, falls erforderlich, die Oberflächen und Öffnungen gereinigt, und der Halbleiterkörper wird zur Bildung einer Schicht 26, die eine Dicke in der Größenordnung von 40OO 8 aufweist, thermisch oxidiert. Wie Fig. 6 zeigt, wird dann der Teil der dielektrischen Schicht 10 zwischen den Öffnungen 14 und 16 entfernt, so daß die Oberfläche des Kanalbereichs 28 freiliegt· Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man auf der Oberfläche der Schicht 10 eine Photolackschicht aufbringt und entwickelt, so daß über dem Kanalbereich 28 eine Öffnung verbleibt und daß man die freiliegende Oxidj schicht abätzt. Die sich dabei ergebende Struktur zeigt Fig. 6. i

j ■■ !

Anschließend wird über dem Kanalbereich 28 durch thermische j Oxidation oder durch andere geeignete Verfahren zur Bildung des ι Gate-Dielektrikums eine Schicht 30 erzeugt, und es werden für ! die Source- und Drain-Kontakte mit den Bereichen 22 und 24 neue i Öffnungen 32 und 34 hergestellt. Durch metallischen Niederschlag , und photolithographische Verfahren wird die Metallisierung hergestellt und somit erhält man eine Source-Elektrode 36, ι eine Gate-Elektrode 38 und eine Drain-Elektrode 40. Dieser Aufbau ist in Fig. 7 gezeigt. Selbstverständlich läßt sich dieses Verfahren zum Herstellen eines spezifischen Gate-Dielektrikums :in beliebiger Weise abwandeln.

;Fign. 8A und 8B zeigen die Art der Störelementverteilung oder des Störelementprofils in den Zonen 20 und 24, d.h., hier j wenigstens im Drain-Bereich der dargestellten Halbleitervorrichtung. Die Kurve 42 stellt dabei die Störelementkonzentration [im Bereich 24 dar, während die Kurve 44 das Störelement-Konzen- ^! trationsprofil im Bereich 20 zeigt. Das Profil ist jeweils in den Mittelabschnitten der Bereiche ermittelt.

ί -

Das bis jetzt beschriebene Verfahren kann zur Herstellung von N-Kanal-Feldeffekttransistoren oder zur Herstellung von P-Kanal-

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!Feldeffekttransistoren eingesetzt werden, wobei dann die Lei- \fähigkeit der entsprechenden Störelemente zur Herstellung der j verschiedenen Bereiche und Zonen vom entgegengesetzten Leitungsi typs sind. Außerdem ist das Verfahren sowohl auf Feldeffekt-

transistoren vom Anreicherungstyp wie vom Verarmungstyp anwendbar.

!Halbleitervorrichtungen mit einem abgestuften Störelementprofil im Drain-Bereich lassen sich bei höheren Betriebsspannungen betreiben. Wenn ein Feldeffekttransistor in den Sättigungsbereich j vorgespannt ist, dann fließen Elektronen durch diesen Kanal I in die Raumladung, die den Drain-Übergang umgibt. Wenn das 'elektrische Feld im Raumladungsbereich ausreichend stark ist, I dann wird ein Kanalelektron so stark beschleunigt, daß es eine ausreichend hohe kenetische Energie besitzt, um nach einem Zusammenstoß mit einem Siliciumatom ein Löcher—Elektronenpaar freizusetzen. Dieser in dem den Drain-Bereich umgebenden Verarmungsbereich ablaufende Vorgang einer Stoßionisation wird als Ladungsträger-Vervielfachung bezeichnet. Die durch diese Stoß-

■ ionisation erzeugten Elektronen sind auf einem sehr hohen Energieniveau. In Halbleitervorrichtungen des Anreicherungstyps zieht eine an der Gate-Elektrode 38 angelegte positive Ladung das Elektron an« Diese Elektronen können in der dielektrischen

■ Schicht der Gate-Elektrode 30 eingelagert werden, wodurch sich eine permanente negative Aufladung ergibt. Diese negativen Ladungen haben einen starken Einfluß auf die Schwellwertspannung und damit auf den Betrieb der Halbleitervorrichtung.

Das nachfolgende Beispiel soll der Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dienen und zeigen, daß diese Halbleitervorrichtung tatsächlich betriebsfähig und praktisch herstellbar ist.

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Beispiel

Ein Halbleiterplättchen mit einer P-leitenden Störelementkonzentration und einem spezifischen Widerstand von 0,6 Ohm cm wurde gereinigt und anschließend wurde auf der Oberfläche durch thermische Oxidation der Oberfläche zu SiO₂ eine Maskenschicht mit einer Dicke von ungefähr 6OOO A* aufgebracht. Anschließend wurden fünf verschiedene Gruppen von Source— und Drain-Öffnungen in dem Halbleiterplättchen durch Maskieren, photolithographische Verfahren und Ätzen hergestellt. Die Abstände zwischen den einzelnen Source- und Drain-Öffnungen waren 2,54, 3,1, 3,8, 4,45 bzw. 5,7 χ 10 mm. Anschließend wurde in dem Halbleiterplättchen in einer Arsenkaspel eine Arsendiffusion in der Weise durchgeführt, daß das Halbleiterplättchen für 105 min in Arsendarapf auf 1Ο5Ο ⁰C erhitzt wurde. Die dabei in dem Halbleiterkörper erzeugten Source- und Drain-Bereiche hatten eine Ober-

2O 3 flächen-Störelementkonzentration von 5 χ 10 Atome/cm und einen spezifischen Widerstand von 10,2 Ohm/Quadrat. Nach Reoxidation der Öffnungen wurden elektrische Kontaktanschlüsse an die Source- und Drain—Bereiche sowie die Source-, Drain- und Gate-Elektrode durch Verdampfen von Metall photolithographische Verfahren und Abätzen hergestellt. Die effektive Kanalbreite zwischen Source und Drain wurde durch die folgende Gleichung bestimmt:

^Leff ~ ^Lmaske

wobei ^L _mast_e der Abstand zwischen Source und Drain auf der Maske selbst ist und L_ff die tatsächliche wirksame Länge des Kanals zwischen Source— und Drain—Bereich und L den Gesamtabstand darstellt, bis zu dem die Störelemente unter dem Abschnitt der Maske, die über dem Kanal liegt, diffundiert sind.

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Die folgende Beziehung wurde dabei verwendet: ¹Ci- ^W/L_eff <V_g -v_t-V_ds/a) V_ds

wobei I_d der vom Drain-Bereich nach dem Substrat fließende Strom, γ der Leitwert des Halbleitermaterials in dem Kanal, W die Tiefe des Substratkörpers, V die Gate-Spannung, V die Schwellwertspannung und V_d die Spannung zwischen Drain und Source ist. Der obenstehende Ausdruck kann vereinfacht werden, wenn V-, viel

* ds

kleiner ist als V -V., so daß sich der folgende Ausdruck ergibt ¹Cl - *W/L_eff <V_g -V V_ds

I, wurde über V für jede der Vorrichtungen für verschiedene Gate-Spannungen aufgetragen. Der Punkt, an dem die Kurve die waagrechte Achse der Kurve schneidet, ist die Schwellwertspannung V.. Verwendet man die Ausdrücke

γ w v_ds

Steigung (S) = -γ- ^as

^Jeff

-1 L - L
S = mask

Y ^{W V}ds

dann wird eine zweite Kurve des Reziprokwertes der Steigung über den Werten von L , aufgetragen. Der Schnittpunkt der Kurve mit der waagrechten Achse gibt den Wert für L, d.h. den Abstand, j über den sich die Diffusion unter der den Gate-Bereich bedecken-

den Oxidschicht ausgebreitet hat. Kennt man L . und L, dann kann mit Hilfe der ersten Gleichung I«_eff berechnet werden. Dasselbe Verfahren wurde mit allen Vorrichtungen mit unterschiedlichen Kanallängen durchgeführt. Jede der Halbleitervorrichtungen wurde dann durchgeprüft, um die Spannung V zu messen, d.h. die Spannung zwischen Drain und Substrat, bei der die Halblei-

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tervorrichtung in die Sättigung übergeht. V ist die Spannung, die gemessen wird, wenn ein Strom vom Substrat nach dem Drain-Bereich zu fließen beginnt, wenn die Gate-Spannung für einen Kleinstwert der Spannung V eingestellt ist. Die verschiedenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt;

maske (Source-Drain)	^Leff	L	V_D (Volt)
(10~³ mm)	(10~³ mm)	(10~³ mm)
2,54	1,4	1,14	6,5
3,18	2,0	1,14	7,0
3,8	2,67	1,14	7,2
4,45	3,3	1,14	7,4
5,7	4_f57	1,14

iDie Ergebnisse wurden in Fig. 8B aufgetragen, in der eine Kurve !von V dargestellt ist, die ein Maß für die maximale Betriebsspannung des Transistors über der tatsächlich erzielten Länge ides Kanals ist. Das Ergebnis zeigt Kurve 50 in Fig. 8B,

Das gleiche Verfahren wurde mit einer zweiten Gruppe von Halbleitervorrichtungen wiederholt, wobei jedoch die erfindungsgemäße Struktur benutzt wurde. Eine Maske mit Öffnungen für Source- und Drain-Diffusionen mit einem Abstand zwischen '1,9 χ 10 mm und 6,3 χ 1O mm wurde in einem Siliciumsubstrat in der zuvor beschriebenen Weise hergestellt. Eine Implantation von Phosphor-Ionen wurde zunächst bei 50 Kev mit einer Dosierung

Λ A O

von 1,7 χ 10 Atömen/cm durchgeführt. Nach der Phosphor-Ioneniimplantation wurde das Substrat für 60 min in einer Stickstoffj atmosphäre für eine Dispersion der ersten implantierten Ionen erhitzt. Anschließend an diese Aufheizung wurde eine Arsendiffusion durch die gleiche Maske bei 1050 ⁰C für 3O min in einer Kapsel durchgeführt. Die sich dabei ergebende Oberflächen-

2O 3 ,konzentration von Arsen betrug 5 χ 10 Atome/cm . Die effektive Breite des Kanals wurde für jede Gruppe von Halbleitervorrichtungen in der zuvor beschriebenen Weise ermittelt, ebenso wurde

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! die Betriebsspannung in gleicher Weise ermittelt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

maske (Source-Drain) (10-3 mm)	^Leff (1O~³ mm)	L (10~³ ram)	V_D (Volt)
1,95	0,254	1,88 ■	5,3
2,54	0,66	1,88	6,8
3,18	1,29	1,88	7,7
3,8	1,93	1,88	8,3
4,45	2,56	1,88	8,6
6,35	4,47	1,88	9,2

' Die Ergebnisse der Tabelle sind in Fig. 8 als Kurve 52 dargestellt.

Aus einer Betrachtung der Kurven 50 und 52 erkennt man, daß für eine gegebene effektive Kanallänge in dem dargestellten Bereich eines doppelt diffundierten Source- und Drain-Bereiches, die einen Störelementgradienten ergibt, die Halbleitervorrichtung bei einer wesentlich höheren Betriebsspannung betrieben werden kann. Betrachtet man die Situation etwas anders_f so sieht man, daß für eine gegebene Betreibsspannung die Kanallänge beträchlich kürzer sein kann, wenn Source- und Drain-Bereich, insbesondere aber der Drain-Bereich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Es sei hier bemerkt, daß für sehr kurze Kanäle, d.h. mit einer Länge von weniger als 0,653 χ 10~ mm, die Durchbruchsspannung kleiner sein kann als V , Unter dieser Bedingung ist die Betriebsspannung auf die Durchbruchsspannung beschränkt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

dl. t Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors für hohe Betriebsspannungen,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte ζ

- Herstellen einer Maskenschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers mit einem Störelementgehalt eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die Maskenschicht auf Abstand stehende Öffnungen für die Bildung von Source- und Drain-Bereichen enthält;

- Einführen eines zweiten Störelements entgegenge-

; setzten Leitfähigkeitstyps in den Halbleiterkörper i

durch diese Öffnungen;

- Aufheizen des Halbleiterkörpers für ein Eindringen und

j Ausbreiten der Störelemente im Halbleiterkörper und i

- Einführen eines weiteren Störelementes des zweiten

Leitfähigkeitstyps in den Halbleiterkörper durch die Öffnungen in der Maskenschicht, wobei das zusätzliche zweite Störelement zur Bildung einer hohen Störelementkonzentration mindestens in der Nachbarschaft der Oberfläche des Halbleiterkörpers in unmittelbarer Nachbarschaft der Öffnungen in der Maske eingeführt wird, ^; so daß diese Bereiche in waagrechter Richtung ein abgestuftes Störelementprofil aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Öffnungen der Masken ein Abstand von 3,8 χ 10 mm oder weniger verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kanallänge im Bereich zwischen 0,635 und 2,54 χ mm verwendet wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da0 ein Halbleiterkörper mit einem P-leitendem Störelement verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Störelement zweiter Art Phosphor verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches Störelement der zweiten Art Arsen verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Oberflächen-Störelementkonzentration aus Phosphor

17 nach der Erhitzung im Bereich zwischen 3 χ 10 und

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5 x 10 Atomen/cm liegt und daß die Oberflächenkpnzentration des Störelements Arsen im Bereich zwischen 1 χ 10²⁰ und 6 χ 10²⁰ Atomen/cm³ liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Störelement zweiter Art durch Ionenimplantationen

in den Halbleiterkörper eingebracht wird. I
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß j

das zusätzliche Störelement zweiter Art in den Halblei- j terkörper durch Ionenimplantationsverfahren eingebracht j

wird. I
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ] ein Halbleiterkörper aus monokristallinem Silicium ver- j wendet wird.
11. Feldeffekttransistor, hergestellt nach einem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einem monokristallinem Halbleiterkörper (12) mit einem Störelementanteil eines ersten Leitfähigkeitstyps auf | Abstand stehende Source- und Drain-Bereiche (20, 22) mit

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einem Störelementgehalt eines zweiten Störelements vom entgegensetzten Leitungstyp in dem Halbleiterkörper zwischen sich einen Kanalbereich definieren, daß mindestens der Drain-Bereich einen Zentralbereich (24) mit einer hohen Oberflächenkonzentration des zweiten Störelementes und einen den Zentralbereich umgebenden Randbereich mit einer niedrigen Störelementkonzentration aufweist und daß auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers eine Isolierschicht vorgesehen ist sowie Source- und Drain-Elektroden in ohmischen Kontakt mit den Zentralbereichen von Source- und Drain-Bereich und einer über den Kanalbereich angebrachten Gate-Elektrode.
12. Transistor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Störelement erster Art vom P-Leitfähigkeitstyp ist,
13. Transistor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silicium besteht.
14. Transistor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralbereich (24) mit Arsen und der den Zentralbereich umgebende Randbereich (20) mit Phosphor dotiert ist,
15. Transistor η ach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächen-Störelementkonzentration im Zentralen Od "λ bereich (24) etwa 1 χ 10 bis 6 χ 10 Atome/cm beträgt und daß die Oberflächen-Störelementkonzentration in dem den Zentralbereich umgebenden Randbereich (20) etwa 3 χ 10¹⁷ bis 5 χ 10¹⁸ Atome/cm³ beträgt.
j 16. Transistor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, ι daß der Halbleiterkörper ein N-leitendes Störelement ; enthält.
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