DE3039009A1 - Halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
-A-
TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA
KAWASAKI,'JAPAN · - ■
KAWASAKI,'JAPAN · - ■
SI-55P&43-3
HALBLEITERVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, insbesondere einen Feldeffekttransistor, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleitervorrichtung.
•Bei einem bisherigen Sperrschicht-Feldeffekttransistor
(J- oder PN-FET) wird ein hoher Spannungswiderstand beispielsweise mit der Konstruktion gemäß Fig. 1
erzielt, bei der eine p-Typ-Sourcezone T 2 und eine p-Typ-Drainzone 13, beide mit höher Fremdatom-Konzentration,
in einem n-Typ-Siliziumsubstrat 11 ausgebildet sind. Zwischen Sourcezone 12 und Drainzone 13 ist ein
p-Kanalbereich 14 niedriger Konzentration ausgebildet, während im Kanalbereich 14 eine n-Typ-Gatezone 15 hoher
Konzentration vorgesehen ist. Die n-Gatezone 15 verhindert
dabei eine unmittelbare Berührung zwischen p-Sourcezone 12 und p-Drainzone 13, so daß der Spannungswiderstand
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am pn-übergang durch die Konzentration im p-Kanalbereich
14 bestimmt wird.
Bei einem Transistor des vorstehend beschriebenen Aufbaus beinhaltet jedoch der den Spannungswiderstand .
bestimmende Faktor neben der Konzentration des Kanalbereichs 14 auch die Form (Krümmung) der Gatezone 15.
Wenn die Ubergangstiefe der Gatezone 15 flach ist,
wird der Krümmungsradius ■ kleiner, so daß sich das elektrische Feld in diesem Teil konzentriert. Der Spannungswiderstand
wird' daher eher durch ^iie Krümmung als durch die
Konzentration des Kanalbereichs 14 bestimmt und daher (im genannten Fäll) verschlechtert. Zur Gewährleistung
eines hohen Spannungswiderstands bei dieser herkömmlichen Konstruktion ist es nötig, sowohl den Kanalbereich 14 als auch
die Gatezone 15 tief auszubilden,um den Krümmungsradius
zu vergrößern und die Abstände zwischen'Gatezone T5,
Sourcezone 12 und Drainzone 13 zu vergrößern. Bei der Herstellung eines solchen Transistors muß die Hochtemperatur-Diffusion
über eine lange Zeitspanne hinweg durchgeführt werden, so daß die gleichzeitige Ausbildung mit
anderen integrierten Bipolar-Schaltkreisen unmöglich wird. Zudem können die Elemente nicht kleiner ausgelegt
werden, weil zwischen Gatezone 15, Sourcezone 12 und Drainzone 13 große Abstände -eingehalten werden müssen.
Die Erfindung bezweckt nun die Ausschaltung der vorstehend
geschilderten Probleme. Aufgabe der Erfindung ist somit insbesondere die Schaffung.einer verbesserten
Halbleitervorrichtung und eines Verfahrens zu ihrer Herstellung mit dem Ziel, den Spannungswiderstand zu erhöhen,
die Schaltkreiselemente zu verkleinern und die gleichzeitige Ausbildung allgemeiner integrierter
Bipolar-Schaltkreise bzw. -Schaltkreiselemente zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einer Halbleitervorrichtung
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erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbleiter-Substrat
eines Leit(ungs)typs, zwei in der Substratoberfläche
einander gegenüberstehend und voneinander getrennt ausgebildete Fremdatombereiche bzw. -zonen eines dem
Leit(ungs)typs des Substrats entgegengesetzten Leit(üngs)-typs,
eine zwischen erster und zweiter Fremdatomzone ausgebildete dritte Fremdatomzone, welche denselben
Leit(ungs)typ wie die erste und zweite Fremdatomzoner
aber eine niedrigere Fremdatomkon>zentration als diese Zonen besitzt, mindestens eine Isolierzone, die mit
geringerer Tiefe als die dritte Fremdatomzone längsden Grenzflächen, zwischen erster bzw. zweiter Fremdatomzone
und dritter Fremdatomzone ausgebildet ist, und durch eine vierte Fremdatomzone,eines dem. Leit(ungs)- !
typ der dritten Fremdatomzone entgegengesetzten LeIt-(ungs)typs,
die zwischen den beiden Isolierzonen, falls
vorhanden, bzw. zwischen der Isolierzone und erster'
oder zweiter Freindatomzone, falls nur eine Isolierzöne
vorgesehen ist, ausgebildet ist. ■ ■ ■■·? ■
Diese Halbleitervorrichtung kennzeichnet sich auch dadurch, daß ers.te und zweite Fremdatomzone die Sourcezone
bzw. ndie Drainzone.eines Feldeffekttransistors
bilden und daß die vierte- Fremdatomzone die Gatezone des Feldeffekttransistors ist.
Mit der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung
einer solchen Halbleitervorrichtung geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei Fremdatombereiche bzw-
-zonen eines dem Leittungs)typ eines■Halbleiter-Substrats
entgegengesetzten Leit(ungs)typs einander gegenüberstehend
und voneinander getrennt in: der Fläche des Substrats ausgebildet
werden., daß zwischen erster= und zweiter Fremdatomzone eine dritte Fremdatomzone desselben Leittyps,
wie ihn diese Zonen aufweisen, aber mit niedrigerer Fremdatomkonzentration
als bei diesen Zonen ausgebildet wird, daß mindestens eine Isolierzone mit einer geringeren Tiefe
als die dritte Fremdatomzone längs der Grenzflächen zwischen erster bzw. zweiter Fremdatomzone und dritter Fremdatom-
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zone ausgebildet wird und daß eine vierte Fremdatomzone eines dem Leit (ungs)typ der dritten Fremdatomzone
entgegengesetzten Leit (ungs)typs in der dritten Fremdatomzone mit einer geringeren Tiefe, als sie die
Isolierzone(n) aufweist (aufweisen), ausgebildet wird.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten
Zeichnung näher erläutert- Es zeigen:
Fig. 1 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht einer bekannten-Halbleitervorrichtung,
Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung einer Halbleitervorrichtung
mit Merkmalen nach der Erfindung,
Fig.3A bis 3C in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansichten,
die ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 2 veranschaulichen.
Fig. 4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht eines integrierten Schaltkreises, der die
Halbleitervorrichtung nach Fig. 2 sowie einen bipolaren Transistor enthält, und
Fig. 5 eine Fig. 2 ähnelnde Darstellung einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.
Gemäß Fig. 2 sind in der Hauptfläche eines n-Typ-Siliziumsubstrats
21 eine p-Sourcezone 22 und eine p-Drainzone jeweils hoher Fremdatomkonzentration ausgebildet. Zwischen
Source- und Drainzone 22 bzw. 23 ist ein p-Kanalbereich
niedriger Konzentration und desselben Leit(ungs)typs, wie
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ihn diese beiden Zonen aufweisen, angeordnet. An den Grenzflächen des Kanalbereichs 24 mit Source- und Drainzone
bzw. 23 sind Isolierzonen 25a und 25b aus SiOp (Siliziumdioxidschichten)
vorgesehen. Eine n-Gatezone 26 hoher Konzentration ist an einer von den Isolierzonen 25a und
25b sowie vom Kanalbereich 24 umschlossenen Stelle in der Weise ausgebildet, daß sie Übergänge bzw. Sperrschichten
mit den Isolierzonen 25a, 25b und dem Kanalbereich 24 festlegt... Der übergang zwischen der Gatezone 26 und dem
Kanalbereich 24, nämlich ein pn-übergang, stellt einen Planarübergang dar. Das elektrische Feld wird somit nicht am pn-übergang tonzentriert,
so daß der Spannungswiderstand nicht schlechter wird. Infolgedessen ist es nicht nötig,den Kanalbereich 24 und die Gatezone 26 tief auszubilden
oder die Abstände zwischen Gate-, Source- und Drainzone 26, 22 bzw. 23 zu vergrößern. Die Elemente können somit
insgesamt kleiner ausgebildet werden.
Im folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung im einzelnen
erläutert. Nach dem an sich bekannten Ionenimplantationsbzw, -spickverfahren wird gemäß Fig. 3A ein p-Typ-Fremdatom,
wie Bor (B), in hoher Konzentration in die eine Hauptfläche des n-Siliziumsubstrats 21 implantiert, um
die Source- und die Drainzone 22 bzw. 23 zu formen. Zur Ausbildung des Kanalbereichs 24 wird ein p-Fremdatom,wie
Bor (B), nach dem Ionenspickverfahren in niedriger Konzentration zwischen Source- und Drainzone 22 bzw. 23 implantiert.
Dabei ist es ausreichend, wenn die übergangstiefe des Kanalbereichs 24, der Sourcezone 22 und der Drainzone 23
der Basistiefe eines allgemeinen bzw. üblichen bipolaren Schaltkreiselements entspricht (2,5 - 3,0 (im) . Auf der
Oberfläche des Substrats 21 wird durch chemisches Aufdampfen eine SiO»-Schicht 27 vorgesehen, auf welcher eine Oxidationsschutzschicht 28, etwa aus Si3N4 (Siliziumnitrid), ausgebildet
wird. Die den Grenzflächen zwischen Kanalbereich 24 einerseits und Source- und Drainzone 22 bzw. 23 andererseits
entsprechenden Teile der Si-^-Schicht 28 werden gemäß
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Fig. 3B selektiv freigelegt bzw. abgetragen. Sodann werden unter Heranziehung der SigN.-Schicht 28 als Maske diese Teile
der Grenzflächen in einer oxidierenden Atmosphäre unter Druck oxidiert, um die Isolierzonen 25a und 25b auszubilden. Bei
dieser unter Druck erfolgenden Oxidation kann beispielsweise Wasserstoff mit einer Temperatur von 10000C bei einem Druck
von 9 bar verbrannt werden, so daß sich die 1,5 μτη dicken
Isolierzonen 25a und 25b in etwa 60 min bilden. Da sich die übergan/g.stiefe, der Schichtwiderstand usw. des bereits ausgebildeten
Kanalbereichs 24 sowie der geformten Source-{und der Drainzonen 22 bzw. .23 während dieser Oxidation unter Druck
nicht verändern, kann die Durchgreifspannung (Vp) des Feldeffekttransistors
mit ausgezeichneter Wiederholbarkeit auf eine vorgegebene Größe eingestellt werden. Wenn das Verfahren
bei einem allgemeinen bzw. normalen npn-Transistor durchgeführt wird, unterliegen die Kennlinien dieses Elements, wie
Stromverstärkungsfaktor (hf ), keinen Abweichungen; sie lassen
sich vielmehr auf ausgezeichnete Werte aussteuern. Anschließend werden gemäß Fig. 3C die Si-N.-Schicht 28 abgetragen und der
zwischen den Isolierzonen 25a, 25b befindliche Teil der SiO--Schicht
27 freigelegt, worauf ein n-Fremdatom, wie Phosphor (P), in hoher Konzentration durch den freigelegten Teil hindurch
eindiffundiert wird, um die Gatezone 26 herzustellen. Als Schutz für die Oberfläche wird durch chemisches Aufdampfen
' eine PSG- bzw. Phosphorsilikatglas-Schicht 29 aufgebracht.
Auf die beschriebene Weise wird ein Sperrs chicht-Feldeffekttransistor
mit hohem Spannungswiderstand und kleineren (Schaltkreis-^Elementen
erhalten, wobei dieser Feldeffekttransistor auch gleichzeitig mit allgemeinen integrierten Bipolar-Schaltkreisen ausgebildet
werden kann. Gemäß Fig. 4 ist beispielsweise ein allgemeiner bipolarer npn-Transistor 33 unter Zwischenfügung eines
Isolier-Trennbands oder -bereichs 32 (gleichzeitig) auf einem P-Siliziumsubstrat 31 ausgebildet worden. In diesem Fall ist
es möglich, gleichzeitig n-Fremdatome für die Gatezone 26 des Sperrschicht-Feldeffekttransistors und für eine Emitterzone 34
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des npn-Transistors 33 einzudiffundieren. Die Sperr-r1
schicht- bzw. Übergangstiefe der Gatezone 26 darf dabei die
Tiefe der Isolierzonen 25a und 25b nicht übersteigen.
Obgleich' die Isolierzonen 25a und 25b bei der beschriebenen Ausführungsform vor der Ausbildung der Gatezone 26 ausgebildet
werden, können sie wahlweise auch nach der Ausbildung aller anderen Elemente hergestellt werden.
Fig. 5 zeigt einen Feldeffekttransistor gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei die den Teilen von Fig.
2 entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet sind. Der Feldeffekttransistor gemäß Fig.
5 entspricht mit Ausnahme der weggelassenen Isolierzöne
25b dem Transistor nach Fig. 2
Beim Feldeffekttransistor gemäß Fig. 5 ist der Spannungswider stand im selben Maße verbessert wie bei der Anordnung
nach Fig. 2. Die Konstruktion gemäß Fig. 5 ist vorteilhafter
für kleinere Transistoren, weil die Abmessungen des Feldeffekttransistors
infolge der Weglassung der Isolierzone 25b um die von letzterer benötigte Fläche verkleinert werden
können.
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Leerseite
Claims (5)
- PATENTANSPRÜCHE/i/ Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch ein Halbleiter-Substrat (21) eines Leit(ungs)typs, zwei in der Substratoberfläche einander gegenüberstehend und voneinander getrennt ausgebildete Fremdatomberetche bzw. -zonen (22,23) eines dem Leit (ungs) typs des Substrats entgegengesetzten Leit (ungs) typs, eine zwischen erster und zweiter Fremdatomzone ausgebildete dritte Fremdatomzone (24), welche denselben Leit(ungs)typ wie die erste und zweite Fremdatomzone, aber eine niedrigere Fremdatomkonzentration als diese Zonen besitzt, mindestens130019/0708eine Isolierzone {25a, 25b), die mit geringerer Tiefe als die dritte Fremdatomzone längs den Grenzflächen zwischen erster bzw. zweiter Fremdatomzone und dritter Fremdatomzone ausgebildet ist, und durch eine vierte Fremdatomzone (26) eines dem Leit(ungs)typ der dritten Fremdatomzone entgegengesetzten Leit{ungs)typs, die zwischen den beiden Isolierzonen, falls vorhanden, bzw. zwischen der Isolierzone und erster oder zweiter Fremdatomzone, falls nur eine Isolierzone vorgesehen ist, ausgebildet ist.
- 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Fremdatomzone die Sourcezone bzw. die Drainzone eines Feldeffekttransistors bilden.·'und daß die vierte Fremdatomzone die Gatezone des Feldeffekttransistors ist.
- 3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Fremdatombereiche bzw. -zonen eines dem Leit(ungs)typ eines Halbleiter—Substrats entgegengesetzten Leit(ungs)typs einander gegenüberstehend und voneinander getrennt in der Fläche des Substrats ausgebildet werden, daß zwischen erster und zweiter Fremdatomzone eine dritte Fremdatomzone desselben Leit {ungs) tyos,wie ihn diese Zonen aufweisen, aber mit niedrigerer Fremdatomkonzentration als bei diesen Zonen ausgebildet wird, daß mindestens eine Isolierzone mit einer geringeren Tiefe als die dritte Fremdatomzone längs der Grenzflächen zwischen erster bzw. zweiter Fremdatomzone und dritter Fremdatomzone ausgebildet wird und daß eine vierte Fremdatomzone eines dem Leit(ungs)typ der dritten Fremdatomzone entgegengesetzten Leit(ungs)typs in der dritten Fremdatomzone130019/0708mit einer geringeren Tiefe, als sie die Isolierzone (n> aufweist (aufweisen), ausgebildet wird,
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Fremdatomzone die Sourcezone bzw. die Drainzone eines Feldeffekttransistors bilden und daß die vierte Fremdatomzone die Gatezone des Feldeffekttransistors darstellt»
- 5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,' daß zwischen Sourcezone und Gatezone eine (einzige) Isolierzone ausgebildet ist.130019/0708
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