DE2737503A1

DE2737503A1 - Feldeffekttransistor mit interdigitalstruktur und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2737503A1
Application number: DE19772737503
Authority: DE
Inventors: Henri Derewonko; Pierre Gibeau; Raymond Henry; Michel Laviron
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-08-19
Filing date: 1977-08-19
Publication date: 1978-02-23
Also published as: GB1585376A; FR2362492A1; FR2362492B1; JPS5324788A

Description

Feldeffekttransistor mit Interdigitalstruktur und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft Feldeffekttransistoren mit Interdigitalstruktur und Verfahren zur Herstellung solcher Transistoren. Sie betrifft insbesondere diejenigen Feldeffekttransistoren, deren drei Elektroden (die Source-, die Gate- und die Drainelektrode) auf ein und derselben Fläche einer Halbleitervorrichtung angeordnet sind, und die im Höchstfrequenzbereich mit relativ großen Leistungen arbeiten sollen.

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Es 1st bekannt, daß die Leistungstransistoren für den Höchstfrequenzbereich nur in Form von Interdigitalstrukturen realisierbar sind. In dem Fall der Vorrichtungen, deren drei Elektroden auf derselben Fläche des Substrats verteilt sind, kreuzen sich die Eingangs- oder Ausgangsverbindungen der Elektroden notwendigerweise in der gemeinsamen Verteilungsebene. Man kann zwar solche Kreuzungen durch Zwischenschaltung von Isolierschichten herstellen, einerseits ergibt sich daraus jedoch eine erhöhte Komplexität der Herstellung und andererseits werden auf diese Weise zwischen den Verbindungen störende Streukapazitäten erzeugt, was schädlich und im Höchstfrequenzbereich manchmal unzulässig ist.

Bekanntlich können auch Interdigitalstrukturen hergestellt werden, die nur zwei Elektroden auf einer Fläche des Substrats haben und eine gemeinsame Gateelektrode auf der entgegengesetzten Fläche besitzen. Der Steuerung einer solchen Gateelektrode mangelt es aber an Schnelligkeit und sie ist deshalb im Höchstfrequenzbereich nicht immer geeignet.

Die Erfindung beseitigt diese verschiedenen Nachteile·

Bei dem Transistor nach der Erfindung liegt der größte Teil seiner Elektroden in der Ebene einer Fläche, 1n der sich jede Elektrode in Sekundärelektroden gliedert. Er ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Reihe von Sekundärelektroden durch leitende

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Bahnen miteinander verbunden sind, die wenigstens eine Ebene einnehmen, die von der Ebene der genannten Fläche verschieden ist, und die entweder in einer anderen Fläche oder in Punkten derselben Fläche, welche außerhalb der durch die Elektroden gebildeten Interdigitalstruktur liegen, austreten.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

die Fig. 1 und 2 in Draufsicht bzw. im Schnitt

(in einer Ebene, die in der Ebene von Fig. 1 die Spur XX hat) schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung,

die Fig. 3, 4 und 5 im Schnitt eine zweite bzw. dritte

bzw. vierte Ausführungsform der Erfindung,

die Fig. 6 und 7 Erläuterungsschemata,

Fig. 8 ein Schema einer fünften Ausführungs

form der Erfindung, und

Fig. 9 ein Schema einer sechsten Ausfüh

rungsform der Erfindung.

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In einer ersten Ausführungsform wird von einem Halbleitersubstrat aus monokristallinem Material mit sehr hohem spezifischem Widerstand (eigenleitend oder halbisolierend) ausgegangen, auf welchem leitende Bahnen hergestellt werden. Die leitenden Bahnen münden in einen gemeinsamen Weg und führen zu einem Punkt, der zum Ort des Austritts der leitenden Bahnen auf der aktiven Fläche des Transistors außerhalb der Verbindungen der Interdlgltalstruktür, die auf dem üblichen Wege an der Oberfläche hergestellt werden, werden soll.

Diese leitenden Bahnen werden durch verschiedene Maßnahmen hergestellt:

durch chemisches Ätzen oder durch Ionenätzen von Rillen, woran sich beispielsweise das Niederschlagen eines Halbleiters mit geringem spezifischem Widerstand in den Rillen anschließt;

durch Diffusion von Dotierungsverunreinigungen durch Fenster hindurch, welche in eine Siliciumdioxidmaske geschnitten sind, die stark an dem Substrat haftet; durch Ionenimplantation durch die Fenster einer Maske hindurch, die einfach auf das Substrat aufgelegt ist.

Als nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel dieser ersten Ausführungsform wird ein Substrat 1 mit hohem spezifischem Widerstand (Fig. 1 und 2) betrachtet, auf dem durch eine der vorgenannten Methoden leitende Bahnen 21, 22 hergestellt worden sind, welche die Zinken eines Kammes darstellen und zu einem Griff führen, der

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eine gemeinsame leitende Bahn 23 bildet. Anschließend wird eine, beispielsweise N-dotierte# Halbleiterschicht 11 hergestellt, die bei einem Transistor, der im Höchstfrequenzbereich arbeiten soll, in der Größenordnung von einem Mikrometer liegt. Dann werden in herkömmlicher Weise Elektroden S und D mit ohmschen Kontakt hergestellt, die die Source- und Drainelektroden werden sollen, und Elektroden G mit Schottky-Kontakt, die zu den Gateelektroden werden sollen. Diese Elektroden bilden die Teilelektroden einer Interdigitalstruktur eines Feldeffekttransistors, dessen Elektroden S und G durch Metallüberzüge 100 bzw. 200, die auf die Oberfläche aufgebracht sind, miteinander verbunden sind. Die Elektroden D bedecken dagegen die leitenden Bahnen 21, 22 usw., wobei sie (in dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Beispiel) über sie herausragen. Zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen den Elektroden D und den leitenden Bahnen 21 und 22 sind zuvor durch Dotierung N -Gebiete geschaffen worden, die in der Schicht 11 gemäß einem Muster verteilt sind, welches das der Elektroden D wiedergibt. Diese Dotierung wird durch die bereits genannten Diffusionsoder Ionenimplantationsverfahren ausgeführt. Schließlich läßt man die leitende Bahn 23 in einem Metallüberzug 300 hervortreten, der auf die Oberfläche der Schicht 11 nach einer vorherigen N -Dotierung des Gebietes der Schicht, das den Metallüberzug 300 trägt, aufgebracht worden ist.

Tn einer zweiten Ausführungsform, von welcher Flg. 3 ein Beispiel zeigt, wird eine zusätzliche Schicht 10 zwischen

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dem Substrat mit hohem spezifischem Widerstand, das mit den leitenden Bahnen 21, 22 versehen ist, und der Schicht 11 hergestellt. Die Schicht 10, die einen sehr hohen spezifischen Widerstand hat, wird beispielsweise durch Epitaxie aufgebracht. Nach der Herstellung der aktiven Schicht 11 wird wie in der ersten Ausführungsform vorgegangen. In diesem Beispiel liegen die leitenden Bahnen 21 und 22 bezüglich der Oberfläche des Transistors in einer größeren Tiefe, wodurch eine Verringerung der Streukapazität an der Kreuzung mit dem Metallüberzug 100, wie er in dem Beispiel von Fig. 1 dargestellt ist, erreicht wird.

In einer dritten Ausführungsform, von welcher Fig. 4 ein Beispiel zeigt, wird auf einem P (oder N )-dotierten Substrat 41 eine Schicht 42 mit sehr hohem spezifischem Widerstand hergestellt (beispielsweise durch epitaxiales Aufwachsen, in dem Fall von Silicium ohne irgendeinen Dotierungsstoff) und danach eine N-dotierte Schicht 43 (beispielsweise durch eine zweite Epitaxie) hergestellt. Anschließend werden an der für die Drainelektrode (oder Source-Elektrode) vorgesehenen Stelle auf physikalischem oder chemischem Weg Rillen 44 hergestellt, die in die Schichten 42 und 43 bis zu dem P (oder N⁺)-dotierten Material des Substrats 41 eindringen. Bei der Herstellung der Elektroden wird ein Metallüberzug 45 aufgebracht, der die Rille bedeckt und über die beiden Flanken hinausragt. In dem gewählten Beispiel sind Gateelektroden sowohl in die Zwischenräume S D als auch in die Zwischenräuem D S eingefügt. Eine solche Anordnung gestattet, den Wirkungs-

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grad der Interdigitalstruktur durch Verdoppeln des durch jede Elektrode abgegebenen Stroms zu erhöhen. In einer Reihe von Transistoren, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, kann man nämlich jedes zweite Mal die Rollen der Sourceelektrode und der Drainelektrode umkehren. Diese Umkehrung erfolgt, indem die als Sourceelektrode gewählten Elektroden mit dem Source-Pol der Stromquelle verbunden werden, d. h. mit dem, der die niedrigste Gleichspannung abgibt, und indem die als Drainelektroden gewählten Elektroden mit dem entgegengesetzten Pol der Stromquelle verbunden werden. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, die Struktur von Fig. 6 zu vereinfachen, indem die Zwischenelektroden paarweise vereinigt werden, was zu dem Schema von Fig. 7 führt, welches nichts anderes ist als das von Fig. 4, wenn man von dem besonderen Profil der Elektroden D in diesem letzteren Fall absieht.

In dieser Ausführungsform haben alle Sourceelektroden eine gemeinsame leitende Bahn, die aus dem P -Substrat besteht. Letzteres ist mit einem Metallüberzug 46 versehen, der die Aufgabe hat, den Anschluß an die Stromquelle und an die Verbraucherschaltungen zu erleichtern.

In einer vierten Ausführungsform, von welcher Fig. 5 ein Beispiel zeigt, ist, wie bei der dritten Ausführungsform, ein P (oder N )-Substrat 51 mit zwei darüber angeordneten Schichten 52 (halbisolierend) und 53 (N-dotiert) vorhanden, aber, statt Rillen zu gravieren, sind leitende Bahnen aus einem Material mit demselben Dotierungstyp wie das Substrat

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durch selektive Dotierung von Gebieten 54 geschaffen worden, und zwar vor der Herstellung der Elektroden D entweder durch Diffusion oder durch Ionenimplantation.

In den beiden vorangehenden AusfUhrungsformen kann als Ausgangspunkt ein monokristalliner Block mit sehr hohem spezifischem Widerstand aus dem gewählten Material (Silicium oder Galliumarsenid) gewählt werden und anschließend können die Gebiete, die den P - und N-Schichten entsprechen, dotiert werden. Die Herstellung wird dadurch vereinfacht.

In einer fünften Ausführungsform, welche eine Variante der Struktur von Fig. 1 ist, wird keine gemeinsame leitende Bahn für alle Drainelektroden hergestellt. Jede Drainelektrode ist über eine selbständige vergrabene leitende Bahn mit einem Anschlußkontakt 301 oder 302 verbunden. Diese Anordnung gestattet, bei der Parallelschaltung der verschiedenen Zinken der Struktur gewisse Elemente (Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten) zwischen die verschiedenen Zinken einzufügen.

In dem in Fig 8 dargestellten Beispiel ist ebenfalls das Schema von Fig. 7 zugrundegelegt worden.

In einer sechsten Ausführungsform, von welcher Fig. 9 ein Beispiel zeigt, wird eine zusätzliche Gateelektrode hinzugefügt. Die Zinken der GateelektrodenG, und G„ sind an der Oberfläche mit Metallüberzügen 201 und 202 ohne Kreu-

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zung der Anschlußverbindungen verbunden, während die Zinken der Sourceelektrode s und der Drainelektrode D durch vergrabene leitende Bahnen mit den Metallüberzügen 100 bzw. 300 verbunden sind.

Außer dem bereits angegebenen Vorteil, der darin besteht, daß die Streukapazität zwischen den Elektrodenanschlüssen verringert wird, können für die dritte und die vierte Ausführungsform noch folgende Vorteile aufgeführt werden:

1) Die praktisch vollständige Unterdrückung der Eigeninduktivität der durch das Substrat verbundenen Elektrode, das durch

Dotierung leitend gemacht worden ist, wobei dieser Vorteil besonders bedeutsam ist, wenn die betreffende Elektrode die Sourceelektrode ist (im Gegensatz zu dem, was in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist);

2) die Verringerung des Wärmewiderstandes, insbesondere in dem Fall eines Galliumarsenidsubstrats, wobei die Dotierung des letzteren seinen spezifischen Widerstand verringert; und

3) die Kompatibilität mit den Methoden des Dünnermachens des Substrats zum Verringern des Wärmewiderstandes.

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Claims

Patenten w Me 2 7 3 7 5 Q 3

Dipt-Ing Dipl-Chem. Dipl-lng

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

THOMSON - CSF 19. August 1977

173* Bd. Haussmann 75008 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: T 2243

PATENTANSPRÜCHE;

,1.' Feldeffekttransistor mit Interdigitalstruktur, der auf einer ebenen Fläche Elektroden aufweist, die wenigstens zum Teil in der Ebene der Fläche liegen, wobei die Elektroden sich jeweils in eine Reihe von Sekundärelektroden gliedern, zwischen die Sekundärelektroden eingefügt sind, welche sich durch die Aufgliederung von anderen Elektroden ergeben, gekennzeichnet durch ein Halbleitersubstrat mit sehr hohem spezifischem Widerstand und durch wenigstens eine Reihe von Sekundärelektroden , die mittels leitender Bahnen, die einen Teil des Substrats einnehmen, miteinander verbunden sind.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Bahnen aus stark dotierten Gebieten des Materials des Substrats gebildet sind.
3. Transistor nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß er außer einer aktiven Halbleiterschicht eine an das

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ORIGINAL INSPECTED

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Substrat angrenzende erste Schicht mit sehr hohem spezifischem Widerstand aufweist, daß die leitenden Bahnen aus einem Metall bestehen, das ein an die erste Schicht angrenzendes Gebiet des Substrats einnimmt, und daß die leitenden Bahnen mit den Sekundärelektroden verbunden sind, die sie durch ein stark dotiertes Gebiet des Materials der ersten Schicht und der aktiven Halbleiterschicht miteinander verbinden sollen.
4. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Bahnen in ebenso vielen Punkten der Fläche hervortreten, wie es untereinander zu verbindende Sekundärelektroden gibt.
5. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei interdigital angeordnete Gateelektroden aufweist, die durch Metallüberzüge verbunden sind, welche auf die Fläche aufgebracht sind, und zwei Reihen von Sekundärelektroden, die durch die leitenden Bahnen verbunden sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines Transistors nach Anspruch· 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens folgende Schritte:

a) Herstellen von leitenden Bahnen in einem Substrat mit sehr hohem spezifischem Widerstand;

b) Bilden einer aktiven Halbleiterschicht, die diejenige Oberfläche des Substrats, die den Bahnen am nächsten liegt, bedeckt; und

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c) komplementäre Dotierung derjenigen Gebiete der aktiven Schicht, die sich an den Plätzen der Elektroden in der Nähe der leitenden Bahnen befinden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es außer dem Schritt (b) das vorherige Bilden einer Schicht mit sehr hohem spezifischem Widerstand umfaßt, wobei die komplementäre Dotierung des Schrittes (c) für diejenigen Stellen der Schicht mit sehr hohem spezifischem Widerstand stattfindet, die sich in der Nähe der leitenden Bahnen und an den Stellen der Elektroden befinden.
8. Feldeffekttransistor mit Interdigitalstruktur, der auf einer ebenen Fläche Elektroden aufweist, die wenigstens zum Teil in der Ebene der Fläche liegen, wobei die Elektroden sich jeweils in eine Reihe von Sekundärelektroden gliedern, zwischen die Sekundärelektroden eingefügt sind, welche aus der Aufgliederung von anderen Elektroden stammen, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Substrat aus einem stark dotierten Halbleitermaterial, eine Schicht mit sehr hohem spezifischem Widerstand und eine aktive Halbleiterschicht aufweist, daß Rillen in der Oberfläche der Fläche ausreichend tief graviert sind, so daß sie das Substrat erreichen, und daß ein Metall in den Rillen und auf den Rändern derselben aufgebracht ist und mit dem Substrat die leitenden Bahnen bildet.

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