DE3236131A1

DE3236131A1 - Verfahren zur herstellung von mis-feldeffektanordnungen

Info

Publication number: DE3236131A1
Application number: DE19823236131
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. 8000 München Höltge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-24
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1984-03-29

Description

Verfahren zur Herstellung von MIS-Feldeffektanordnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von MIS-Feldeffektanordnungen für Hochfrequenzanwendungen, bei denen Gateisolatoren mit hoher Dielektrizitätskonstante und hoher Durchschlagfestigkeit verwendet werden (nach Patentanmeldung P 32 35 389.8).
Zur Herstellung von MIS-#eldeffektanorndungen wird im allgemeinen hochreines Siliciumdioxid als Gateisolator verwendet. Die Herstellung von MIS-Feldeffektanordnungen wie z.B. MIS-Feldeffekttransistoren oder -tetroden mittels Siliciumdioxid als Gateisolator weisen entweder bei entsprechend hoher Siliciumdioxidschichtdicke eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit mit gleichzeitig geringem Gütefaktor oder umgekehrt auf. Der Gütefaktor ist dabei im wesentlichen gegeben durch den Quotienten aus Steilheit und dem Produkt aus Eingangskapazität x Gatebahnwiderstand. Es ze# sich, daß für diesen Zweck am besten Isolatoren mit möglichst großer Dielektrizitätskonstante und möglichst hoher Durchschlagsfeldstärke eignen. Außerdem werden minimale Kanalbreiten angestrebt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von MIS-#eldeffektanordnungen für Hochfrequenzanendungen anzugeben, das es erlaubt neben einer minimalen Kanalbreite Gateisolatoren mit hoher Dielektrizitätskonstante und hoher Durchschlagsfestigkeit herzustellen und bei dem zum Zwecke der Erlangung einer kontrollierbaren Einsatzspannung eine reproduzierbar kleine Konzentration von festen Grenzflächenladungen (Q55) zwischen Gateisolator und Siliciumsubstrat gewähr-leistet ist.
Diese Aufgabe wird mittels des eingangs genannten Verfah-Kus 1 The - 28.9.1932 rens dadurch gelöst, daß von einer Oberfläche 4 in ein Siliciumsubstrat 1 einer ersten Dotierungsart stark dotierte Bereiche 2,3 eimer zweiten Dotierungsart so eingebracht werden, daß der Leitungstyp der zweiten Dotierungsart dem Leitungstyp der ersten Dotierungsart entgegengerichtet ist, daß unterhalb der Oberfläche 4 dotierte Bereiche 5,6,7 einer dritten Dotierungsart selbstjustierend so eingebracht werden, daß deren Leitungstyp dem Leitungstyp der zweiten Dotierungsart entspricht und daß deren Dotierungskonzentration geringer ist als die Dotierung der Bereiche der zweiten Dotierungsart, daß auf der Oberfläche 4 in Bereichen, in denen Gatekanäle 8,9 angebracht werden, selbstjustierend eine Siliciumdioxidschicht 10 von 50 i bis 200 i Dicke und darüber selbstjustierend eine Siliciumnitridschicht 11 von 400 i bis 1200 i Dicke abgeschleden wird oder eine Aluminiumoxidschicht von 400 a bis 1200 i Dicke aufgebracht wird und daß danach und nach dem Öffnen von Kontaktfenstern oberhalb der stark dotierten Bereiche 2,3 eine strukturierte Metallisierung zur Erzeugung der Sourceanschlüsse 12, Drainanschlüsse 13 und.
der Gatemetallisierung 14, 15 erfolgt. Mittels der selbstjustierenden Maßnahmen bei der Herstellung der dotierten Bereiche 5, 6, 7 und bei der Abscheidung der Gateisolatorschichten lassen sich in vorteilhafterweise geringe Kanallängen realisieren. Durch das Aufbringen einer 50 i bis 200 a dicken Siliciumdioxidschicht 10 auf dem Siliciumsubstrat, die in der angegebenen SchichtdIcke reproduzIerbar hergestellt werden kann, ist in vorteilhafterweise eine reproduzierbare und kontrollierbare Einsatzspannung gewährleistet. Durch das Anbringen einer 400 i bis 1200 i dicken Siliciumnitridschicht 11 ist eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit bei hohem Gütefaktor in vorteIlhafterweise gewährleistet.
Es ist vorteilhaft, daß die Dicke der Siliciumdioxidschicht 10, 50 R bis 100 R, insbesonderec#10O i, beträgt und daß die Dicke der Siliciumnitridschicht 11 ca. 550 a beträgt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Bereiche 5, 6, 7 der dritten Dotierungsart selbstjustierend so in das Siliciumsubstrat 1 eingebracht werden, daß nach dem Einbringen der stark dotierten Bereiche 2, 3 in das Siliciumsubstrat 1 auf der Oberfläche 4 zunächst eine Schicht aus Phosphorsilikatglas 20 und darüber eine Schicht aus Siliciumdioxid 21 ganzflächig abgeschieden werden, und daß die so entstandene Doppelschicht mittels eines photolithographischen Verfahrens so geätzt wird, daß nur diejenigen Bereiche 17, 18,'der Doppelschicht erhalten bleiben, unter denen dotierte Bereiche 5, 6, 7 der zweiten Art angebracht werden, daß danach mittels eines Hochtemperaturprozesses Phosphor aus den verbliebenen Teilen der Phos--'norslli'xatglasschl-ht. ir. die; darunterliegenden Substratteile diffundiert wird und daß der Hochtemperaturprozeß nur kurzzeitig in einer Sauerstoff-Chlorwasserstoff Atmosphäre so durchgeführt wird, daß die dünne, reproduzierbare herstellbare, Siliciumdioxidschicht 10 aufwächst und daß anchließend die dickere Siliciumnitridschicht 11 bei einer Temperatur von 800 °C und einem Druck von 200 m Torr durch eine Reaktion von Dichlorsilan und Ammoniak erzeugt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung und an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Es zeigen: Fig. 1 bis 3 verschiedene Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung einer MIS-Keldeffekttetrode, Fig. 4 einen analog gefertigten MIS-Feldeffekttransistor.
Fig. 1 zeigt ein p-dotiertes Siliciumsubstrat 1,in welche stark n-dotierte Bereiche 2, 3 eingebracht sind, die bei der fertigen Feldeffekttetrode als Source- bzw. Drainbereiche fungieren. Die Dotierung der Bereiche 2, 3 kann mittels Diffusion oder Implantation erfolgen.
Auf der Oberfläche 4 des Substrats 1 ist zunächst eine Phosphorglasschicht 20 ganzrlächig aufgebracht, die aus Siliciumdioxid mit z.B. 5% Phosphoranteil besteht. Darüber wird eine Siliciumdioxidschicht 21 ebenfalls ganzflächig aufgebracht.
In den nachfolgenden Figuren werden gleiche Ge#enstände mit gleichen Bezugszeichen belegt, wesha#lb bereits erläuterte Bezugszeichen nicht nochmals beschrieben werden.
Fig. 2 stellt ein, wie in Fig. 1 beschriebenes, Halbleiterplättchen dar, bei dem mittels photolithographischer Verfahren durch die Phosphorglasschicht 20 und die Slliciumdioxidschicht 21 das Sourcefenster 2?, die Gatefenster 2# und 25 und das Drainfenster 23 geätzt ist. Nach dem Ätzen der Fenster wird das Halbleiterpiättchen einem Temperaturprozeß von z.B. 1050°C kurzzeitigineiner Sauerstoff-Chlorwasserstoff-Atmosphäre ausgesetzt, so daß eine ca. 50 2 100 i dicke Si02-Schicht auf die Gesamtoberfläche aufwächst. Die Si02-Schicht 10 ist In den Fenstern 22, 23, 24, 25 dargestellt. Auf den verbliebenen Teilen der Sillciumdioxidschicht 21 wurde diese nicht eigens dargestellt.
Nach Erlangung der gewünschten Schichtdicke der Siliclumdioxidschicht 10 wird die sauerstoffhaltige Atmohphäre durch inerte Atmosphäre ersetzt, während der Temperaturprozeß bei gleicher Temperatur forF.gesetzt wird. Der Temperaturprozeß bewirkt eine Eindiffusior: von Phosphor aus den verbliebenen Teilen der Phosphorglasschicht .B. den Bereichen 17, 18, 19 in die darunterliegende Siliciumschicht. Dadurch entstehen, z.B. die Bereiche 5, 6, 7 der dritten Dotierungsart im Siliciumsubstrat 1 unterhalb der verbliebenen Bereiche der Phosphorglasschicht 21 selbstjustierend zu den Kanten der verbliebenen Bereiche 17,18, 19. Anschließend wird eine ca. 400 a bis 1200 i, insbesondere 550 a dicke Siliciumnitridschicht 11 (Si3N4) nach dem Lowpressure-Verfahren abgeschieden. Das Nitrid entsteht bei einer Temperatur von ca. 8000C und einem Druck von ca. 200 mTorr durch eine Reaktion von Dichlorsilan mit ammoniak. Die Siliclumdioxidschicht 10 und die Siliciumnitridschicht 11 wachsen innerhalb der Fenster 24,25 selbst-Justierend zu den verbliebenen Bereichen 17,18,19 auf und sind deshalb mIt einer hohen Lagegenauigkeit und einer hohen Genauigkeit ihrer Abmessungen abscheidbar. Da sowohl die Dotierung der Bereiche 5,6,7 wie auch die Abscberdug der Doppelschicht 10,11 in den Kanalbereichen 5,9 selbstjustierend zu ein und denselben Kanten erfolgt, können hiernach gefertigte Anordnungen in vorteilhafter Weise geometrisch klein dimensioniert werden.
In Fig. 3 ist ein Halbleiterplättchen wie in Fig. 2 dargestel lt,bei dem mittels photolithographischer Verfahren die Siliciumnitridschicht 11 und die Siliciumdioxidschicht 10 im BereIch des Sourcerensters 22 und des Drainfensters 23 entfernt sind. Mittels einer nachfolgenden strukturierten Metallisierung sind Sourceanschlüsse 12, Drair.anschlüsse 13 und Gateanschlüsse 14 und 15 angebracht, z.B. bestehend aus Aluminium oder Molybdän oder Wolfram oder einer Schichtenfolge von Titan, Platin, Gold. Abschließend erfolgt eine Passivierung einer nach Fig. 3 fertiggestellten MIS-Feldeffekt4etrode, was jedoch in der Fig. 3 nicht dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt analog zu Fig. 3 einen MiS-Feldeffekttranslstor. Die Anordnung nach Fig. 4 weist im Gegensatz zu Fig. 3 nur einen Gatekanal 8 auf. Die Anordnung nach Fig. 4 kann analog zur Anordnung nachFig. 3 mittels des gleichen in Fig. 1, 2 und 3 erläuterten Verfahrens hergestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die einzelnen Dotierungsarten bezüglich der p- und n-Leitfähigkeit auch spiegelbildlich gewählt werden.
Anstelle der Siliciumnitridschicht 1G kann aucheine Aluminiumoxidschicht (Al203) abgeschieden werden. An und für sieh kann auch eine atldere Isolatorschicht auf der Siliciumdioxidschicht 10 abgeschieden werden, wenn slchergestellt ist, daß diese Isolatorschicht eine genügend hohe Dielektrizitätskonstante und eine genügend hohe Durchschlagsfeldstärke aufweist. Die Abscheidung der hochrelnen Si02-Schicht aus einer Sauerstoff-Chlorwasserstoff-Atmosphäre in einer reproduzierbaren Schichtdicke bewirkt eine reproduzierbar kleine KonzentratIon von Oberflächenladungen an der Grenzfläche Silicium-Siliciumdioxid und eine kleine Konzentration von Ionen in Siliciumdioxld.
Die Dotierung der Anschlußbereiche muß nicht wie in den Figuren 1 und 2 beschrieben durch die Abscheidung einer Phosphorglasschicht und nachfolgende Eindiffusion erfolgen. Die Dotierung dieser Bereiche kann vielmehr beliebIg mittels Diffusion oder Implantation erfolgen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich MIS-Ueldeffektanordnungen für Hochfrequenzanwendungen insbesonåere Hochfrequenzverstärker- und mischer herstellen.
5 Patentansprüche 4 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche U Verfahren zur Herstellung von MIS-Feldeffektanordnungen für Hochfrequenzanwendungen, bei denen Gateisolatoren mit hoher Dielektrizitätskonstante und hoher Ddrchschlagsfestigkeit verwendet werden (nach Patentanmeldung P 32 35 389.8), dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß von einer Oberfläche (4) in ein Siliciumsubstrat (1) einer ersten Dotierungsart stark dotierte Bereiche (2, 3) einer zweiten Dotierungsart so eingebracht werden, daß der Leitungstyp der zweiten Dotierungsart dem Leitungstyp der ersten Dotierungsart entgegengerichtet ist, daß unterhalb der Oberfläche (4) dotierte Bereiche (5, 6, 7) einer dritten Dotierungsart selbstjustierend so eingebracht werden, daß deren Leitungstyp dem Leitungstyp der zweiten Dotierungsart entspricht und daß deren Dotierungskonzentration geringer ist als die Dotierung der Bereiche der zweiten Dotierungsart, daß auf der Oberfläche (4) in Bereichen, in denen Gatekanäle (8, 9) angebracht werden, selbstjustierend eine Siliciumdioxidschicht (10) von 50 i bis 200 i Dicke und darüber selbstjustierend eine Siliciumnitridschicht (11) von #00 i bis 1200 a Dicke abgeschieden wird oder eine Aluminiumoxidschicht von 400 i bis 1200 i Dicke aufgebracht wird und daß danach und nach sem Öffnen von Kontaktfenstern oberhalb der stark dotierte sen Bereiche (2, 3) eine strukturierte Metallisierung zur Erzeugung der Sourceanschlüsse (12), Drainanschlüsse (13) und der Gatemetallisierung (14,15) erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Dicke der Siliciumdioxidschicht (10) 50 i bis 100 i beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h ne t , daß die Dicke der Siliciumdioxid schicht (10) ca. 100 i beträgt.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke der Siliciumnitridschicht (11) ca. 550 a beträgt.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bereiche (5, 6, 7) der dritten Dotierungsart selbstjustierend so in das Siliciumsubstrat (1) eingebracht werden, daß nach dem Einbringen der stark dotierten Bereiche (2, 3) in das Siliciumsubstrat (1) auf der Oberfläche (4) zunächst eine Schicht aus Phosphorsilikatglas (20) und darüber eine Schicht aus Siliciumdioxid (21) ganzflächig abgeschieden werden, und daß die so entstandene Doppelschicht mittels eines photolithographischen Verfahrens so geätzt wird, daß nur diejenigen Bereiche (17, 18, 19) der Doppelschicht erhalten bleiben, unter denen dotierte Bereiche (5, 6, 7) der zweiten Art angebracht werden, daß danach mittels eines Hochtemperaturprozesses Phosphor aus den verbliebenen Teilen der Phosphorsilikatglasschlcht in die darunterliegenden Substratteile diffundiert wird und daß der Hochtemperaturprozeß nur kurzzeitig in einer Sauerstoff-Chlorwasserstoff-Atmosphäre so durchgeführt wird, daß die dünne, reproduzierbar herstellbare, Siliciumdioxidschicht (10) aufwächst und daß anschließend die dickere Siliciumnitridschicht (11) bei einer Temperatur von 8000C und einem Druck von 200 m Torr durch eine Reaktion von Dichlorsilan und Ammoniak erzeugt wird.