DE2752335A1

DE2752335A1 - Verfahren zur herstellung eines sperrschicht-feldeffekttransistors

Info

Publication number: DE2752335A1
Application number: DE19772752335
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Aoki; Hisao Kamo
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1976-11-24
Filing date: 1977-11-23
Publication date: 1978-06-01
Also published as: JPS5365078A; JPS5733872B2; DE2752335C3; DE2752335B2; US4175317A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sperrschicht-Feldoffekttransistors (Kanal-FET) mit einem länglichen Kanal.

Dekannte Transistoren dieser Art werden hergestellt, wie dies beispielhaft in den Fig. 1A bis 1E dargestellt ist. Diese Herstellungsweise wird nachstehend kurz erläutert.

Zuerst wird eine n-Siliciumschicht 12 mit niedriger Stör-Stellenkonzentration auf einem η -Siliciumsubstrat 11 unter Ausbildung eines Senkenbereichs mittels des Aufwachsverfahrens gebildet. Danach wird die Oberfläche der Schicht 12 unter Bildung eines Siliciumoxidfilms 13 oxidiert, wie dies aus Fig. 1A ersichtlich ist. Danach wird ein Teil des Films 13 selektiv entfernt, um die n-Siliciumschicht 12 netzartig freizusetzen. Danach werden b-Störstoffe, wie Bor, eindiffundieren gelassen, um in der Siliciumschicht 12 eine ρ -Schicht 14 mit hoher Störstellenkonzentration unter Bildung eines Torbereichs zu erhalten. Dies ist aus Fig. 1B ersichtlich. Nach der vollständigen Entfernung der Maske aus dem Siliciumoxidfilm 13 von der Oberfläche der Siliciumschicht 12 wird ein anderer Siliciumoxidfilm 15 neu auf der Schicht 12 ausgebildet. Danach werden Teile des Siliciumoxidfilms 15, die von den Torbereichen umgeben sind, jeweils in Form eines Streifens entfernt und n-Störstoffe, wie Arsen, werden durch die entfernten Teile eindiffundjeren gelassen, wobei der Siliciumoxidf ilm 15 als Maske verwendet wird. Dadurch bildet sich auf der Oberfläche der n-Siliciumschicht 12 eine η -Schicht 16 mit hoher Störstellenkonzentration und ergibt einen Quellenbereich. Dies ist aus Fig. 1C ersichtlich. Ein Teil des Siliciumoxidfilms 15 vom Torbereich 14

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wird dann selektiv geätzt und entfernt. Danach werden Torelektroden 14a und Quellenelektroden 16a im Torbereich und Quellenbereich 16 ausgebildet. Dies ist aus Fig. 1D ersichtlich. Dies erfolgt durch die entfernten Teile oder öffnungen zur Bildung des Quellenbereichs. Bei solchermaßen hergestellten Halbleitereinrichtungen sind, wie aus Fig. 1.E ersichtlich ist, die eine Draufsicht zeigt, die Torelektroden 14a und die Quellennlektroden 16a in Form von ineinandergreifenden Kämmen ausgebildet. Ferner ist im Senkenbereich 11 auch eine Elektrode 11a ausgebildet, wie dies aus Fig. 1D ersichtlich ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Methode zur Herstellung eines Kanal-FET ist bezüglich der Bildung des Quellenbereichs 16 eine öffnung im Oxidfilm für die Diffusion gleich groß wie eine zur Entnahme mittels der Elektroden, so daß deren Breite auf die Minimalgröße für die Bohrung reduziert werden kann. Bezüglich des Torbereichs 14 muß der Oxidfilm 15 jedoch nach der Diffusion der Störstoffe zur Bildung des Bereichs 14 neu ausgebildet werden. Dies erfordert die Bildung einer öffnung für die Entnahme mittels der Elektroden im Oxidfilm durch ein Photoätzverfahren. Das bedeutet, daß die öffnung des Oxidfilms zur Bildung des Bereichs 14 eine andere ist als jene öffnung, die zur Entnahme mittels der Elektroden vorgesehen ist. Aus diesem Grund muß die erste öffnung für die Diffusion um einen Betrag größer gewählt werden, der dem Fehler bei der Lokalisierung der öffnungen (Maskenausrichtungsfehlcr) entspricht. Ist beispielsweise die Minimalgröße für die Bohrung 1,5 um und der Maskenausrichtungsfehler _+ 1,0 um, kann die öffnung im Quellenbereich 16 1,5 um betragen, während die öffnung im Torbereich 14 wenigstens 3,5 um betragen sollte. Aus diesem Grund wird die Fläche des Torbereichs 14 vergrößert

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wodurch die Tor-Senken-Kapazität erhöht wird und dadurch die Hochfrequenzeigenschaften verschlechtert werden. Ferner ist es im Hinblick auf eine kompakte Gestaltung und eine höhere Integration nicht erwünscht, daß der Torbereich 14 unnötigerweise ausgeweitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors zu schaffen, bei dem keine unnötig großen Flächen für den Torbereich erforderlich sind, wodurch die Kapazität zwischen Tor und Senke verringert wird und die Hochfrequenzeigenschaften verbessert werden.

Die Erfindung wird nachstehend in Form von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1A bis 1E Verfahrensdiagramme zur Illustration eines bekannten Verfahrens zur Herstellung eines Kanal-FET, wobei Fig. 1E eine

Draufsicht auf die in Fig. 1D gezeigte Ausführungsform darstellt;

Fig. 2A bis 21 Verfahrensdiagramme zur Illustrierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Feldeffekttransistoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Fig. 2C, 2E, 2G und 21 Draufsichten bezüglich der Fig. 2n, 2D, 2F und 2H darstellen; und

Fig. 3A bis 3G Verfahrensdiagramme zur Illustrierung einer alternativen Ausführungsform des er-

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findungsgemäßen Verfahrens in Form von hintereinan<lerfolqenden Verfahrensstufen.

Nachstehend wird die Herstellung eines Kanal-FET gemäß der Erfindung anhand der in Fig. 2A bis 21 dargestellten Ausführungsform erläutert.

Eine n-Siliciumschicht 22 mit einer Stärke von etwa 5 um und einer niedrigen Störstellenkonzentration (beispielsweise so niedrig wie 1x10 cm ) wird auf einem n⁺-Siliciumsubstrat 21 mit einer Stärke von etwa 200 um und einer hohen Störstellenkonzentration, die den Senkenbereich darstellt, mittels des Aufwachsverfahrens ausgebildet. Die Oberfläche der Siliciumschicht 22 wird unter Bildung eines

Siliciumdioxidfilms 23 mit einer Dicke von etwa 3000 A oxidiert. Dies ist in Fig. 2A dargestellt. Anschließend wurde ein Teil des Films 23 seitlich entfernt, und zwar in Form eines Streifens unter Bildung einer öffnung 23a und Freisetzung eines Teils der Siliciumschicht 22. Unter Verwendung des Films 23 als Maske wurde ein p-Störstoff, wie Bor, in die Siliciumschicht 22 unter Bildung einer ρ -Schicht 24a mit hoher Störstoffkonzentration eindiffundieren gelassen, die einen Teil eines Torbereichs bildet, wie dies aus Fig. 2B und 2C ersichtlich ist. Die ρ -Schicht 24a kreuzt eine Quellenelektrodenschicht, die anschließend mittels einer Isolationsschicht (Siliciumdioxidschicht) gebildet wird. Anschließend wird der Otidfilm 23 ganz von der Oberfläche der Siliciumschicht 22 entfernt und ein anderer Siliciumdioxidfilm neu auf der freigelegten Oberfläche der Siliciumschicht 22 ausgebildet. Ein Teil des Oxidfilms 25 wird selektiv geätzt und in Form eines umgedrehten Buchstabons E ent-

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fernt, dessen Enden über oder nahe der ρ -Schicht 24a liegen, wodurch ein Teil der Siliciumschicht 22 freigelegt wird. Auf dem Oxidfilm 25 sowie auf d<>m freigelegten Teil der Siliciumschicht 22 wird ein mit Bor qedopter Siliciumoxidfilm (BSG) 20 ausgebildet, der erhitzt wird, damit das Bor des gedopten Films 20 in die Siliciumschicht 22 durch die entfernten Teile des Oxidfilms 25 diffundiert und auf diese Weise eine ρ -Schicht 24b in Form eines umgedrehten Buchstabens E bildet, dessen Endteile die ρ -Schicht 24a überlappen. Dies ist in Fig. 2D und 2E illustriert. Diese ρ -Schicht 24b und die vorgenannte ρ -Schicht 24a bilden einen gitterförmigen Torbereich 24. Danach werden Teile beider Oxidfilme 20 und 25, die vom Torbereich 24 umgeben sind, jeweils selektiv in Form eines Streifens entfernt, um die Siliciumschicht 22 freizulegen. Ein n-Störstoff, wie Arsen, wird durch diese entfernten Teile in die Siliciumschicht 22 eindiffundieren gelassen, wodurch sich n-Schichten 26 mit hoher Stör-

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stoffkonzentration (10 cm und darüber) unter Bildung eines Quellenbereichs ergeben. Dies ist in Fig. 2F und 2G gezeigt. Die Endschicht 26 ist von dem Torbereich 24 über einen Teil der Siliciumschicht 22 umgeben. Anschliessend wird die BSG-Schicht 20 von der Oberfläche des Oxidfilms 25 und der ρ -Schicht 24b entfernt und Quellenelektroden 27 und Torelektroden 20 werden auf der gesamten Oberfläche des Quellenbereichs 26 und des Teils 24b des Torbereichs ausgebildet. Dies ist nu; Fig. 2H und 21 ersichtlich. Die Quellenelektroden 27 erstrecken sich über den Teil 24a des Torbereichs durch den Oxidfilm 25 und sind zu einer gemeinsamen Elektrodenbahn 27a verbunden.

Die Torelektroden 28 erstrecken sich in umgekehrter Richtung als die Quellenelektroden und sind zu einer gemoin-

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samen Elektrodenbahn 28a verbunden. In Fig. 2H bezeichnet 29 eine Senkenelektrode, die auf der Unterseite des Senkenbereichs 21 vorgesehen ist.

Bei der vorbeschriebenen Herstellungsweise wird eine öffnung zur Bildung des Teils 24b des Torbereichs auch zur Bildung der Torelektroden 28 verwendet, so daß die Diffusionsbreite des größeren Teils 24b des Torbereichs im wesentlichen auf dieselbe Breite als die des Quellenbereichs reduziert werden kann. Eine Halbleitereinrichtung mit einem so schmalen Torbereich weist eine verringerte Kapazität und bessere Hochfrequenzeigenschaften auf.

Nachstehend wird eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf Fig. 3Λ bis 3G beschrieben.

In gleicher Weise wie bei der vorgenannten Ausführungsform wird eine n-Siliciumschicht 32 mit niedriger Störstoffkonzentration auf einem η -Siliciumsubstrat 31, das einen Senkenbereich darstellt, mittels Aufwachsmethode ausgebildet. Anschließend wird die Oberfläche der Siliciumschicht 32 unter Bildung eines Siliciumoxidfilms 33 mit einer Dicke von

etwa 3000 A ausgebildet. Dies ist in Fig. 3A gezeigt. Ein Teil des Oxidfilms 33 wird in Form eines Streifens entfernt, um einen korrespondierenden Teil auf der Siliciumschicht 32 freizulegen. Unter Verwendung des Oxidfilms 33 als Maske werden p-Störstoffe, wie Bor, in die Siliciumschicht 32 unter Bildung einer p⁺-Schicht 34a eindiffundieren gelassen, wodurch ein Teil des Torbereichs gebildet wird. Dies ist in Fig. 3B gezeigt. Danach wird der OxidfLIm 33 insgesamt von der Oberfläche der Siliciumschicht 32 ent-

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ferrit und ein Siliciumnitrid Γ ilm (Si-.N.-Film) 35 auf die gesamte Oberfläche der Schicht 32 aufgedampft. Anschliessend werden die Teile des Si ,M.-Films 35 außer auf den Teilen des Quellenbereichs und einer zweiten ρ -Schicht zur Bildung eines Torberr ich.^c zusammen mit der ersten ρ -Schicht 34a geätzt und vot der Oberfläche der Siliciumschicht 32 entfernt, wie dies in Fig. 3C gezeigt ist. Unter Verwendung des SL N.-Films 35 als Maske wird die freiliegende Oberfläche der Siliciumschicht 32 einschließlich der Oberseito der ersten ρ -Schicht 34a bis zu einer Tiefe von etwa 0,3 um geätzt, wie dies aus Fig. 3D ersichtlich ist. Anschließend wird der abgeätzte Teil oxidiert, um einen selektiven Sio_-Film 36 oberhalb der Siliciumschicht 32 zu bilden. Anschließend wird der Teil des Si_.N.-Films 35 oberhalb jenen Teilen außer jenem, der nachher den Quellenbereich bildet, geätzt und entfernt. Folglich ist die Siliciumschicht 32 in Form eines Buchstabens E freigelegt, in der die zweite ρ -Schicht nachträglich gebildet wird. Auf die Isolierfilme 35 und 36 sowie auf den freigelegten Teil der Siliciumschicht 32 wird ein mit Bor gedopter Siliciumoxidfilm (BSG-FiIm) 37 aufgedampft, der erhitzt wird, damit das im BSG-FiIm 37 enthaltene Bor in die Siliciumschicht 32 diffundiert und auf diese Weise die zweite ρ -Schicht 34b bildet.

Dies ist in Fig. 3E dargestellt. Die zweite p⁺-Schicht 34b hat die Form des Buchstabens E und bildet den Torbereich in geschlossener Form zusammen mit der streifenförmigen ersten ρ -Schicht 34a. Anschließend werden Teile der Isolierfilme 35 und 3 7, die vom Torbereich umgeben werden, in Form eines Streifen;; entfernt, um die Siliciumschicht 32 teilweise freizulegen. Ein n-Störstoff, wie Arsen, wird durch diese entfernten Toile in die Siliciumschicht 32 diffundioren gelassen, wo-

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durch sich eine η -Schicht 38 unter Bildung des Quellenbereiches ausformt. Dies isi. in Fig. 3F gezeigt. Ferner wird die BSG-Schicht 37 auf der zweiten ρ -Schicht 34b des Torbereichs entfernt, um die Schicht 34b freizulegen und Torelektroden 39 und Quollenelektroden 40 werden, wie dies aus Fig. 3G ersichtlich ist, auf der Schicht 34b des Torbereichs bzw. des Quellenbereichs 38 ausgebildet. Eine Senkenelektrode 41 wird auf der Unterseite des Substrates 31 vor oder nach der Ausbildung der Quellen- und Torelektroden vorgesehen und auf diese Weise der Kanal-FET vervollständigt.

Bei der vorgenannten Herstellungsmethode wird ein Torbereich erhalten, der aus einom ersten Teil besteht, der sich über und quer zu den Qviellenelektroden erstreckt, und einem zweiten Teil, der praktisch als Tor wirkt. Diese Teile werden in unterschiedlichen Verfahrensstufen gebildet. Der erste Teil bewirkt nur die Verhinderung des Einfliessens eines uikontrollierten Stroms von der Seite.

Deshalb müssen die Diffusionsverfahren zur Ausbildung der respektiven Teile nicht unter gleichen Bedingungen durchgeführt werden und es können unterschiedliche Diffusionsarbeitsweisen, Störstoffe, Konzentrationen und Diffusionstiefen angewandt werden. Beispielsweise liegt die Störstoff- konzentration des Torbereichs im allgemeinen bei einem ziemlich hohen Wert (etwa 1x10 cm ), obwohl eine sehr hohe Konzentration für die erste Diffusion, d.h. für den ersten Teil, nicht erforderlich ist. Bei dem zweiten beschriebenen Verfahren wird, wenn eine hoho Konzentration bei der ersten Diffusion angewandt wird und das Silicium mittels einer oft angewandten Lösungsmischung aus Flußsäure, Salpetersäure und Essiqsäure, geätzt wird, die Ätzgeschwindigkeit in den Di Πusionsteilen allein erhöht,

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was zu einer Niveaudifferenz zwischen diesen Diffusionsteilen und der Siliciumschicht führt. Dies führt zu unerwünschten Ergebnissen. Folglich sollte die Störstoffkonzentration des ersten Teils des Torbereichs vorzugsweise niedriger sein als jene für den zweiten Teil. Bei einem Hochfrequenzelement wird der Spalt zwischen Tor und Senke oftmals so weit wie möglich verringert, um die erforderliche Widerstandsspannung zu erhalten. Wird die erste Diffusion im Vergleich zur zweiten zu tief durchgeführt, wird der Abstand zwischen Tor und Senke in unerwünschter Weise unter Verringerung der Widerstandsspannung reduziert. Aus diesem Grund sollte die erste Diffusion vorzugsweise etwas weniger tief als die zweite Diffusion ausgeführt werden.

Obwohl bei beiden vorgenannten Ausführungsformen des Verfahrens ein BSG-FiIm als Diffusionsquelle für das zweite Tor verwendet wurde, kann jedoch auch Bornitrid (BN) oder das Ioneneinbauverfahren für diesen Zweck angewandt werden. In diesen Fällen sollte jedoch die Oberfläche des Torbereichs vorzugsweise mit BSG oder einer anderen Substanz bedeckt werden, die durch Ätzen ohne Beschädigung des Oxidfilms entfernt werden kann, damit nicht die Störstoffe beim späteren Diffusionsprozeß zur Bildung des Quellenbereichs auch in den Torbereich diffundieren. Da die Quellendiffusion wesentlich weniger tief als die Tordiffusion durchgeführt wird, wird jedoch kein wesentlicher nachteiliger Effekt verursacht, wenn die n-Störstoffe mehr oder weniger aufgrund eines unvollständigen Maskierungseffektes in einen Teil des Torbereichs eindiffundieren. Die Störstoffe für das Tor sind nicht auf Bor beschränkt, rs können auch Gallium und andere geeignete Substanzen eingesetzt werden.

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Bei dem Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform ist es wünschenswert, daß ein SiO₀-FiIm mit sehr geringer

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Dicke von 500 bis 1000 A zwischen dem Si₃N₄-FiIm und der Siliciumschicht ausgebildet wird, um zu verhindern, daß die Siliciumschicht durch den Unterschied der Koeffizienten der thermischen Ausdehnung zwischen Film und Schicht zerstört wird. Bei dieser Ausführungsform ist es nicht erforderlich, daß die Oberfläche der Siliciumschicht geätzt wird.

Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren hier im Detail nur unter Bezugnahme auf n-Kanal-FETs beschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß auch Feldeffekttransistoren mit p-Kanälen hergestellt werden können und umfaßt werden.

In diesem Fall sind phosphorgedopte Oxide oder arsengedopte Oxide als Diffusionsquelle für das Tor geeignet.

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Claims

PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER

K 12 108/3S

TOKYO SHIBAURA ELECTRIC CO., LTD. 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku

Kawasaki-shi, Japan

Verfahren zur Herstellung eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors

Patentansprüche

/ 1.^;Verfahren zur Herstellung eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors, dadurch gekennzeichnet , daß in einer ersten Stufe ein Halbleitersubstrat mit hoher Störstoffkonzentration und einer Leitungsart hergestellt wird, in einer zweiten Stufe auf dem Substrat eine Halbleiterschicht mit niedriger Störstoffkonzentration und gleicher Leitungsart wie jene des Substrats ausgebildet wird, in einer dritten Stufe auf einer Seite der Halbleiterschicht ein Teil eines Torbereichs mit im Vergleich zum Substrat entgegengesetzter Leitungsart ausgebildet wird, in einer vierten Stufe auf einer Seite der Halbleiterschicht ein Isolierfilm mit einer teilweisen Öffnung ausgebildet wird, in einer fünften Stufe auf der Seite der Halbleiterschicht ein anderer Teil des Torbereichs mit gegenüber dem Substrat entgegengesetzter Leitungsart ausgebildet wird, indem ein Störstoff durch die Öffnung in die Halbleiterschicht eingeführt wird, und wobei der Torbereich einen Teil der Halbleiterschicht umgibt, in einer sechsten Stufe der Isolierfilm, der über dem Teil der Halbleiterschicht, die vom Torbereich umgeben wird,

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teilweise entfernt wird, in einer siebten Stufe auf der Oberfläche des Teils der Halbleiterschicht, die vom Torbereich umqeben ist, ein Quellenbereich mit gegenüber dem Torbereich entgegengesetzter Leitungsart ausgebildet wird, indem ein Störstoff in die Halbleiterschicht durch die entfernten Teile des Isolierfilms eingeführt wird, und in einer achten Stufe Torelektroden und Quellenelektroden, die mit den anderen Teilen des Torbereichs und des Quellenbereichs in Verbindung stehen, ausgebildet werden, uobe_ die Quellenelektroden sich quer über einen Teil des Torbereichs auf dem Isolierfilm erstrecken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torbereich in Form eines rechteckigen Rahmens ausgebildet wird, wobei eine Seite den einen Teil und die drei restlichen Seiten die anderen Teile bilden, und der Quellenbereich in Form eines Streifens ausgebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in der fünften Stufe der andere Teil des Torbereichs ausgebildet wird, indem auf dem Isolierfilm ein anderer mit dem Störstoff gedopter Isolierfilm ausgebildet wird und der andere Isolierfilm erhitzt wird, so daß die Störstoffe in die Halbleiterschicht diffundieren.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß Ln der sechsten Stufe ferner der andere Isolierfilm entfernt wird und in der siebten Stufe der Quellenbereich durch Maskierung des anderen Teils des Torbereichs mit einem anderen Isolierfilm und Eindif-

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fundieren der Störstoffe gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in der vierten Stufe ferner ein erster Isolierfilm auf Teilen der Halbleiterschicht, wo der Quellenbereich und andere Teile des Torbereichs später gebildet werden, ausgebildet wird, ein Teil der Oberfläche der Halbleiterschicht unter Verwendung des Isolierfilms als Maske durch Ätzen entfernt wird, der entfernte Teil mit einem zweiten Isolierfilm bedeckt wird und die Öffnung durch Entfernen eines Teils des ersten Isolierfilms auf dem Teil der Halbleiterschicht, wo der andere Teil des Torbereichs nachträglich gebildet wird, vorgesehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß als erste Isolierschicht ein Siliciumnitridfilm und als zweite Isolierschicht ein Siliciumoxidfilm eirgesetzt werden.

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