DE3726842A1 - Verfahren zur herstellung von vergrabenen oxidschichten und mos-transistor - Google Patents
Verfahren zur herstellung von vergrabenen oxidschichten und mos-transistorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ver
grabenen Isolierschichten in ausgewählten Abschnitten eines
Halbleiter-Substrats.
Vergrabene Isolierschichten, insbesondere in Form von Oxid
schichten, finden sich bei integrierten Schaltungen, die von
einer auf einem Isolator angeordneten Siliciumschicht Gebrauch
machen (SOI-Technik). In vielen Studien wurden die Eigenschaften
von integrierten Schaltungen mit solchen SOI-Strukturen unter
sucht, die eine vergrabene Oxidschicht aufweisen, die durch
eine tiefe, hoch dotierte Sauerstoff-Implantation erzeugt worden
sind, siehe z. B. Pinizzotto at al in IEEE Trans. Nuclear Sience
NS-30, 17 18 (1983), Wilson in Journal of Electronik Materials
13, 127 (1984) und Hashimoto at al, in 1985 International Device
Meeting Digest (Washington D.C., 2. bis 4. Dezember 1985)
Beitrag 28.1, Seite 672. In den meisten der genannten Studien,
einschließlich der vorstehend zitierten, wurde der Sauerstoff
vor der Herstellung der Schaltungsanordnung implantiert, so
daß sich die vergrabene Oxidschicht über die gesamte Transistor
struktur erstreckt und einen vollständig dielektrisch isolierten
Transistor erzeugt.
SOI-Bauelemente haben eine Anzahl Vorteile gegenüber in
üblicher Weise hergestellten integrierten Schaltungen, ein
schließlich einer verminderten Kapazität zwischen Schaltungs
anordnung und Substrat, verminderten Leckströmen und höherer
Geschwindigkeit. Andererseits kann die SOI-Technik den Kosten-
und Zeitaufwand bei der Herstellung integrierter Schaltungen
erhöhen und kann auch Betriebsprobleme bei manchen Typen von
integrierten Schaltungen hervorrufen.
Wenn beispielsweise ein MOS-Transistor mit Source, Kanal, Drain
und Gate vollständig über einem Isolator gebildet wird, ist
der neutrale Bereich oder Körperbereich unter dem Kanal von dem
Substrat elektrisch isoliert und "schwimmt" dahin in Bezug auf
das Substratpotential. Der schwimmende Körper des MOS-Transistors
kann daher ein Potential annehmen, das die ordentliche Funktion
des MOS-Transistors stört. Weiterhin hat der potentialfreie
Körper eines SOI-MOS-Transistors häufig eine Verschlechterung
des Ansprechverhaltens des Transistors zur Folge.
Bei einer CMOS-Schaltung ist ein MOS-Transistor mit N-Kanal
mit einem komplementären MOS-Transistor mit P-Kanal gekoppelt,
um eine Anordnung zu schaffen, die einen sehr geringen
Leistungsbedarf hat. Bei CMOS-Schaltungen tritt jedoch ein
Problem auf, das darin besteht, daß ein Stromfluß durch das
Substrat zwischen den komplementären MOS-Transistoren eine
"Selbstverriegelung" und eine mögliche Zerstörung der CMOS-
Anordnung zur Folge haben kann. Die elektrische Isolierung der
CMOS-Anordnung gegenüber dem Substrat eliminiert dieses Problem,
bringt jedoch das oben behandelte Problem des potentialfreien
Körpers mit sich, insbesondere bei dem MOS-Transistor mit
N-Kanal, der gegenüber der Wirkung des schwimmenden Körpers
empfindlicher ist als der MOS-Transistor mit P-Kanal.
Der Stand der Technik offenbart keine Verfahren oder Strukturen,
welche eine Kombination der besten Eigenschaften von SOI-Struk
turen und von üblichen Strukturen integrierter Schaltungen
erlauben.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
verbesserten MOS-Transistor zu schaffen, der verminderte
Leckströme, eine verminderte Source-Drain-Kapazität, eine
hohe Arbeitsgeschwindigkeit und eine Unempfindlichkeit gegen
das Problem des "schwimmenden" Körpers aufweist. Insbesondere
soll durch die Erfindung eine verbesserte CMOS-Anordnung
geschaffen werden, die zusätzlich zu den vorstehend angegebenen,
wünschenswerten Eigenschaften eines MOS-Transistors eine hohe
Sicherheit gegen eine Selbstverriegelung aufweist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei
der Herstellung von vergrabenen Isolierschichten für die
Elemente solcher integrierter Schaltungen im Substrat die
Stellen vorgegeben werden, an denen die Oxidschichten gebildet
werden sollen, und an den vorgegebenen Stellen in das Substrat
eine die Isolierschicht bildende Substanz implantiert wird.
Dabei kann über dem Substrat eine Maske angeordnet werden,
welche die Implantation der die Isolierschicht bildenden
Substanz, ausgenommen an den vorgegebenen Stellen, blockiert.
Die Isolierschicht kann vorteilhaft eine Oxidschicht sein und
dadurch hergestellt werden, daß in das Substrat Sauerstoffionen
implantiert werden. Die Maske besteht vorteilhaft auf einem
Material hoher Dichte, beispielsweise aus Wolfram. Statt dessen
kann die Maske auch ein Nitrid enthalten.
Durch Anwendung dieses Verfahrens kann ein MOS-Transistor herge
stellt werden, bei dem Isolier- und insbesondere Oxidschicht
nur unter den Source- und Drain-Zonen des Transistors gebildet
werden, so daß der Körperbereich unterhalb des Kanals des Tran
sistors mit dem Halbleitersubstrat des den Transistor enthal
tenden Plättchens oder Wafers elektrisch gekoppelt bleibt. Zu
diesem Zweck kann das Material hoher Dichte, wie Wolfram oder
Siliciumnitrid, über dem aus Polysilicium bestehenden Gate des
Transistors abgeschieden und dann die Struktur mit einem Strahl
aus Sauerstoffionen mittels einer Ionen-Implantationseinrichtung
bestrahlt werden. Da das Material hoher Dichte das Gate des
MOS-Transistors bedeckt, sind die implantierten, vergrabenen
Oxidschichten zwangsläufig auf das Gate ausgerichtet.
Wenn das vorstehend beschriebene Verfahren auf die MOS-Tran
sistoren einer CMOS-Anordnung angewandt wird, weist die CMOS-
Anordnung geringere Source- und Drain-Kapazitäten, eine höhere
Arbeitsgeschwindigkeit, geringere Leckströme und eine höhere
Widerstandsfähigkeit gegen den Selbstverriegelungs-Effekt auf.
Wenn weiterhin eine vergrabene Oxidschicht vollständig unter
dem MOS-Transistor mit P-Kanal der CMOS-Anordnung erzeugt wird,
wird die CMOS-Anordnung vollständig immun gegen eine Selbstver
riegelung, während der MOS-Transistor mit N-Kanal in Kontakt
mit dem Substrat bleibt, um die durch einen schwimmenden Körper
verursachten Effekte zu vermeiden.
Das Verfahren zur Erzeugung von implantierten, vergrabenen
Oxidstrukturen mit vorgegebenem Muster kann auch bei der Her
stellung von Fotodioden-Anordnungen angewendet werden. Bei
spielsweise kann eine Fotodioden-Anordnung, die aus konzen
trischen Ringen oder Rechtecken mit abwechselnder P- und N-
Polarität besteht, von dem Substrat durch eine vergrabene
Oxidschicht elektrisch isoliert werden, die unmittelbar unter
halb der Fotodioden-Anordnung gebildet wird, um zu verhindern,
daß die Ringe oder Rechtecke zum Substrat oder über das Substrat
gegeneinander kurzgeschlossen werden. Weiterhin kann die Foto
dioden-Anordnung einer MOS oder einer bipolaren Transistor
struktur zugeordnet werden. Wenn die Fotodioden-Anordnung einer
MOS-Transistorstruktur zugeordnet wird, kann eine vergrabene
Oxidschicht selektiv unterhalb den Source- und Drain-Zonen des
Transistors erzeugt werden, wie es vorstehend beschrieben worden
ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie
ein Verfahren zur Herstellung von integrierten Schaltungen zur
Verfügung stellt, durch das die besten Eigenschaften der her
kömmlichen Technik und der SOI-Technik kombiniert werden.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsbeispiele. Die der Beschreibung und der
Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausfüh
rungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in
beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigt bzw. veran
schaulicht
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen MOS-Transistor nach
dem Stand der Technik in einer Zwischenstufe seiner Her
stellung,
Fig. 2 die Abscheidung einer Maske hoher Dichte auf dem
MOS-Transistor gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 3 den Schritt der Ionenimplantation und das Blockieren
der Bildung einer vergrabenen Oxidschicht in dem Substrat,
Fig. 4 den Schritt des Dotierens der Source- und Drain-Zonen
des MOS-Transistors,
Fig. 5 das Aufbringen einer Passivierungsschicht,
Fig. 6 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge
stellte CMOS-Anordnung,
Fig. 7 eine weitere, nach der Erfindung hergestellte CMOS-
Anordnung und
Fig. 8 eine nach der Erfindung hergestellte photoaktive
Anordnung.
Fig. 1 zeigt einen MOS-Transistor nach dem Stand der Technik
in einer Zwischenstufe seiner Herstellung. Eine Halbleiterplatte
oder ein Wafer W umfaßt ein schwach dotiertes Halbleitersub
strat 10, an dessen Oberseite sich zwei Oxidfelder 2 und 14
befinden, welche die Größe des Bereiches 16, in dem der MOS-
Transistor gebildet werden soll, bestimmte Wände bilden. Eine
Gate-Oxidschicht 18 ist an der Oberfläche des Halbleitersub
strats 10 innerhalb des von den Oxidfeldern 12, 14 begrenzten
Bereiches gebildet. Auf der Gate-Oxidschicht 18 ist weiterhin
eine Gate-Elektrode 20 aus Polysilicium angeordnet. Verbindungs
leitungen 22 aus Polysilicium sind auf den Oxidwänden 12 und
14 angeordnet und dienen dazu, die verschiedenen Anordnungen
miteinander zu verbinden, die in oder auf dem Halbleitersubstrat
10 erzeugt worden sind.
Wie bereits dargelegt, ist die anhand Fig. 1 beschriebene MOS-
Struktur dem Fachmann bekannt. Es sei erwähnt, daß viele Publi
kationen die Einzelheiten der üblichen Verfahren beschreiben,
die bei der Herstellung der Komponenten integrierter Schal
tungen, wie beispielsweise von MOS-Transistoren, angewendet
werden können. Eine solche Beschreibung findet sich beispiels
weise in dem Buch "Semiconductor and Integrated Circuit
Fabrication Techniques", veröffentlicht von Preston Publishing
Com., Inc. Diese Verfahren können allgemein bei der Herstellung
der in Fig. 1 dargestellten Struktur verwendet werden. Weiterhin
können die einzelnen Herstellungsschritte unter Verwendung von
Einrichtungen zur Fabrikation integrierter Schaltungen ausge
führt werden, die im Handel erhältlich sind. Soweit es für das
Verständnis des durch die Erfindung erzielten Fortschritts
erforderlich ist, werden technische Daten für die noch zu
beschreibenden, bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
auf der Basis des gegenwärtigen Standes der Technik angegeben.
Zukünftige Entwicklungen dieser Technik können entsprechende
Anpassungen erfordern, wie der Fachmann ohne weiteres erkennt.
Anhand der Fig. 2 bis 5 wird nun eine Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Wie bereits erwähnt,
ist es ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, in
einem Halbleitersubstrat eine vergrabene Oxidschicht zu er
zeugen, die ein vorgegebenes Muster aufweist, um die Funktion
der über dieser Schicht erzeugten Schaltungselemente zu ver
bessern. Um dieses Ziel zu erreichen, wird auf die Oberfläche
der Anordnung eine das gewünschte Muster aufweisende Maske aus
einem Material hoher Dichte aufgebracht, die in der Lage ist,
eine Sauerstoff-Implantation selektiv zu blockieren.
Das Material, aus dem die Maske besteht, muß hochdotierte Sauer
stoffionen in der Größenordnung von 2 × 1018/cm2 blockieren können
und noch bei Substrattemperaturen von etwa 500°C beständig
sein. Es hat sich gezeigt, daß chemisch aus der Gasphase
abgeschiedene (CVD) Wolfram für diesen Zweck geeignet ist. Es
können aber auch andere Materialien hoher Dichte zur Herstellung
der Maske verwendet werden, wie beispielsweise Siliciumnitrid.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird eine CVD-Wolframschicht 24 auf
die Polysilicium-Gateelektrode 20 und die Polysilicium-Ver
bindungsleitern 22 durch eine übliche Technik der chemischen
Abscheidung aus der Dampfphase bei 300°C aufgebracht. Die CVD-
Wolframschicht 24 hat vorzugsweise eine Dicke von wenigstens
200 nm. Wegen der selektiven Kernbildung lagert sich das Wolfram
nicht über der Gate-Oxidschicht 18 oder den Oxidfeldern 12 und
14 ab. Statt dessen könnte auch ein Material hoher Dichte über
der Schicht aus Polysilicium abgeschieden werden, bevor sie in
das gewünschte Muster gebracht wird, und es könnten dann beide
Schichten unter Verwendung der gleichen Maske definiert werden.
Bei dem durch Fig. 3 veranschaulichten Schritt wird eine im
Handel erhältliche Ionen-Implantationsmaschine dazu benutzt,
das Substrat 10 mit atomischen oder molekularen Sauerstoffionen
zu bestrahlen, wie es die Pfeile 26 anzeigen. Der Sauerstoff
wird mit einer nominellen Sauerstoffdosis von 2 × 1018/cm2 bei
einer Energie von 180 keV impatiert. Eine nominelle Temperatur
des Substrats 10 von 500°C wird durch eine Kombination von
äußerer Beheizung und Strahlungsheizung erzielt. Als Resultat
der Sauerstoff-Implantation wird eine vergrabene Source-Oxid
schicht 28 und eine vergrabene Drain-Oxidschicht 30 gebildet.
Es sei erwähnt, daß als Nebenwirkung der Sauerstoff-Implantation
sowohl die Oxidfelder 12 und 14 als auch die Gate-Oxidschicht
18 leicht deformiert werden. Beispielsweise werden die Ein
buchtungen an der Oberseite der Oxidfelder 12 und 14 durch die
Zerstäubungswirkung des Ionenstrahles und die Vorsprünge an
der Unterseite der Oxidfelder 12 und 14 durch eine Ausdehnung
der Oxidschicht durch die implantierten Ionen erzeugt. Ebenso
wird das Niveau der Gate-Oxidschicht 18, der Source-Zone 32
und der Drain-Zone 34, welche Bereiche nicht durch die CVD-
Wolframschicht 24 und die Gate-Elektrode 20 aus Polysilicium
geschützt sind, durch die Expansion des Substrates 10 angehoben,
die durch die Bildung der vergrabenen Oxidschichten 28 und 30
bedingt ist.
Es ist auch zu beachten, daß das Abscheiden der Wolframschicht
24 auf der Gate-Elektrode 20 aus Polysilicium zwangsläufig
eine Ausrichtung der Source-Oxidschicht 28 und der Drain-Oxid
schicht 30 auf die Gate-Elektrode 20 zur Folge hat. Infolge
dessen hat ein nach der Erfindung ausgebildeter MOS-Transistor
eine Source-Zone 32 und eine Drain-Zone 34, die jeweisls gegen
über dem Substrat 10 durch eine Oxidschicht 28 bzw. 30 elek
trisch isoliert ist, und einen Körperbereich unterhalb der
Kanalzone 36, der mit dem Substrat über eine Öffnung 38 elek
trisch gekoppelt ist, die sich zwischen den Enden der Source-
Oxidschicht 28 und der Drain-Oxidschicht 30 befindet.
Als Ergebnis wird ein MOS-Schaltelement erhalten, daß die Vor
teile einer SOI-Struktur bezüglich der Source-Zone 32 und der
Drain-Zone 34 mit den Vorteilen einer herkömmlichen Herstellung
bezüglich des Körperbereiches unterhalb der Kanal-Zone 36 ver
bindet. Dies führt im Sinne der der Erfindung zugrundeliegenden
Aufgabe zu einer Anordnung mit reduzierter Source- und Drain-
Kapazität, reduziertem Leckstrom, erhöhter Geschwindigkeit und
Unempfindlichkeit gegen die durch einen schwimmenden Körper
bedingten Effekte.
Wie Fig. 4 veranschaulicht, wird nach der Sauerstoff-Implan
tation die Wolframschicht 24 über der Gate-Elektrode 20 und
den Verbindungsleitern 22 durch Ätzen in warmen H2O2 entfernt.
Andere Maskenwerkstoffe würden durch andere selektive Ätzmittel
entfernt werden müssen. Das Wafer wird dann bei hoher Temperatur
gealtert, beispielsweise zwei Stunden bei 1125°C in einer
N2-Atmosphäre mit einer Beimischung von 1% O2. Dann werden
durch eine Arsen-Implantation von 6 × 1015/1 cm2 bei 80 keV die
Source-Zone 32 und die Drain-Zone 34 mit der für Source und
Drain erforderlichen Dotierung versehen.
Nach der Arsen-Implantation wird das Wafer bei 1000°C gealtert,
wodurch eine Oxidschicht von 16 nm Dicke gebildet wird. Danach
wird eine 500 nm dicke Schicht aus undotiertem CVD-Oxid bei
niedriger Temperatur abgeschieden und bei 900°C gealtert, um
die in Fig. 5 dargestellte Oxidschicht 40 zu bilden. Endlich
werden nicht dargestellte metallische Verbindungen abgeschieden,
in das gewünschte Muster gebracht und bei 450°C in einer
Wasserstoffatmosphäre gealtert.
Bei dem anhand der Fig. 1 bis 5 beschriebenen MOS-Transistor
bleiben die Source-Zone 32 und die Drain-Zone 34 nahe den
Rändern der Gate-Elektrode 20 in Kontakt mit dem Siliciumsub
strat 10. Daher kann die gesamte Siliciumschicht oberhalb der
vergrabenen Oxidschichten 28 und 30 amorph werden und es wird
während der Implantationsschritte kein heißes Substrat 10 be
nötigt, um den kristallinen Zustand wieder herzustellen. Das
Neuwachsen des Kristalles kann während der Alterung nach der
Implantation erfolgen und es ist weiterhin nur erforderlich,
daß sich der Einkristall-Bereich über eine begrenzte Strecke
seitlich von der Gate-Elektrode 20 erstreckt.
Obwohl ein Fotoresist bei einer Implantation mit gekühltem
Wafer brauchbar ist, hat sich experimentell herausgestellt, daß
ein Fotoresist schon von einem Bruchteil der zu implantierenden
Sauerstoff-Dosis erheblich deformiert wird und daher für das
erfindungsgemäße Verfahren nicht gut geeignet ist. Die Defor
mation des Fotoresist scheint durch die hohe Implantations-
Dosis verursacht zu werden und weniger durch die Erwärmung des
Substrats 10 durch den Ionenstrahl.
Wolfram hat sich als Implantations-Maske wegen seiner hohen
Atommasse und wegen seiner Stabilität bei hohen Substrat-Tem
peraturen als geeignet erwiesen. Weiterhin hat die selektive
Abscheidung den zusätzlichen Vorteil einer Selbstausrichtung
der Struktur, so daß Komplikationen durch Ätzen einer zwei
schichtigen Gate-Elektrode vermieden werden.
Berechnungen und Versuche führen zu dem Ergebnis, daß die Wolf
ramschicht wenigstens 200 nm dick sein sollte, um das Ein
dringen von Sauerstoffionen im wesentlichen zu verhindern.
Beispielsweise läßt eine 100 nm dicke Wolframschicht das Ein
dringen und Implantieren eines großen Anteils der Sauerstoff
ionen in die Gate-Elektrode 20 zu.
Neben der Abscheidung aus der Gasphase, die bei dem beschrie
benen Beispiel zum Aufbringen des Maskenmaterials hoher Dichte
(Wolfram) verwendet wurde, stehen auch andere Verfahren zur
Verfügung, um eine Maske hoher Dichte mit vorgegebenem Muster
auf die Oberfläche des Wafers aufzubringen. Beispielsweise
könnte eine gleichförmige Wolframschicht auf das Wafer aufge
bracht und dann mit einer Fotoresist-Schicht bedeckt werden.
Nach Belichten und Entwickeln der Fotoresist-Schicht könnte
die Wolframschicht durch einen Ätzvorgang mit dem gewünschten
Muster versehen werden, wie beispielsweise durch Ätzen mit
warmem H2O2 oder durch ein Trockenätzverfahren. Danach könnte
der Fotoresist entfernt werden. Auf diese Weise könnte eine
Maske hoher Dichte mit nahezu jedem beliebigem Muster erzeugt
werden.
Fig. 6 veranschaulicht eine CMOS-Anordnung 42 mit einem ersten
MOS-Transistor 44 und einem zweiten MOS-Transistor 36. Zum
Zweck der Beschreibung sei angenommen, daß der erste MOS-Tran
sistor 44 einen N-Kanal und der zweite MOS-Transistor 46 einen
P-Kanal aufweist. Es versteht sich, daß es lediglich erforder
lich ist, daß die Transistoren 44 und 46 entgegengesetzte Pola
ritäten haben, so daß auch der Transistor 44 einen P-Kanal und
der Transistor 46 einen N-Kanal aufweisen könnte.
Weiterhin wird angenommen, daß bei der Anordnung nach Fig. 6
das Substrat 48 aus einem Material vom P-Typ besteht und mit
einem Potentialtopf 50 aus Material vom N-Typ versehen ist.
Oxidfelder 52 bilden Wände zur Trennung der MOS-Transistoren
44 und 46 voneinander und von anderen benachbarten Anordnungen.
Die Gate-Elektroden 54 und 56 der Transistoren 44 bzw. 46, die
aus Polysilicium bestehen, sind von der Oberfläche des Sub
strates 48 durch Gate-Oxidschichten 58 bzw. 60 getrennt.
Der MOS-Transistor 44 weist eine Source-Zone 62 und eine Drain-
Zone 64 auf, welche Zonen von dem Hauptkörper des Substrates
48 durch vergrabene Oxidschichten 66 bzw. 68 getrennt sind. In
gleicher Weise hat der Transistor 46 eine Source-Zone 70 und
eine Drain-Zone 72, die ebenfalls jeweils mit einer vergrabenen
Oxidschicht 74 bzw. 76 versehen sind. Die vergrabenen Oxid
schichten 66, 68, 74 und 76 sind nach dem Verfahren hergestellt,
das zuvor anhand der Fig. 1 bis 5 erläutert worden ist.
Die metallischen Verbindungen zwischen den Transistoren 44 und
46, welche die Elemente der CMOS-Anordnung miteinander koppeln,
sind in Fig. 6 ebensowenig dargestellt wie die notwendigen
Passivierungsschichten. Die Verbindung von MOS-Transistoren zu
einer CMOS-Anordnung ist jedoch dem Fachmann bekannt und es sind
diese Verbindungen durch den mit "Kopplungsmittel" beschrifteten
Block 78 schematisch angedeutet.
Die in Fig. 6 veranschaulichte CMOS-Anordnung 42 hat gegenüber
den CMOS-Anordnungen nach dem Stand der Technik bedeutende
Vorteile. Zunächst reduzieren die vergrabenen Oxidschichten
66, 68, 74 und 76 die Source- und Drain-Kapazitäten, bewirken
eine höhere Operationsgeschwindigkeit der Anordnung und ver
mindern Leckströme. Weiterhin sind die Körperbereiche unterhalb
der Kanal-Zonen 80 und 82 der Transistoren 44 bzw. 46 mit dem
Substrat 48 elektrisch gekoppelt, wodurch die bei einem schwim
menden Körper auftretenden Effekte vermieden werden. Endlich
erhöhen die vergrabene Oxidschicht 68 des ersten MOS-Transistors
44 und die vergrabene Oxidschicht 74 des zweiten MOS-Transistors
46 die Länge des elektrischen Pfades zwischen den aktiven Be
reichen der Transistoren 44 und 46 und reduzieren dadurch die
Möglichkeit einer Selbstverriegelung.
Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform einer CMOS-An
ordnung 84, die einen ersten MOS-Transistor 86 und einen zweiten
MOS-Transistor 88 umfaßt. Für diese Ausführungsform sei ange
nommen, daß das Substrat 90 aus einem Material vom P-Typ be
steht, wogegen der Potentialtopf 92 aus einem Material vom N-
Typ besteht. Die CMOS-Anordnung 84 weist Oxidfelder 92 und
eine vergrabene Oxidschicht 94 aus, die sich vollständig unter
halb des Transistors 88 befindet und diesen elektrisch vom
Substrat 90 isoliert.
Der Transistor 86 ist mit einer Gate-Elektrode 94 und einer
Gate-Oxidschicht 96 versehen, während der Transistor 88 eine
Gate-Elektrode 89 und eine Gate-Oxidschicht 100 aufweist. Die
Source-Zone 102 und die Drain-Zone 104 des Transistors 86 und
ebenso auch die Source-Zone 106 und die Drain-Zone 108 des
Transistors 88 sind durch Implantation dotiert worden, wie es
vorher beschrieben worden ist.
Es sei bemerkt, daß der Transistor 86 nicht mit einer ver
grabenen Oxidschicht versehen ist, wie sie bei den vorher be
schriebenen Ausführungsformen vorhanden war. Der Grund dafür
besteht darin, daß sich die vergrabene Oxidschicht 94 voll
ständig über den Transistor 88 erstreckt und dadurch nicht nur
die Probleme der Selbstverriegelung vollständig ausschaltet,
sondern auch die Notwendigkeit reduziert, auch unter dem Tran
sistor 86 eine vergrabene Oxidschicht anzuordnen. Trotzdem
könnten vergrabene Oxidschichten auch unterhalb der Source-
und Drain-Zonen des Transistors 86 vorgesehen werden, um die
Kapazität zu vermindern.
Da der Transistor 86 ein MOS-Transistor mit N-Kanal ist, wäre
es unerwünscht, im Hinblick auf die oben behandelten Probleme
bei schwimmendem Körper unterhalb dieses Transistors eine voll
ständige Oxidschicht anzuordnen. MOS-Transistoren mit P-Kanal,
wie der Transistor 88, sind im allgemeinen weniger störanfällig,
was die Effekte des schwimmenden Körpers angeht, und können
daher sicher als SOI-Strukturen hergestellt werden.
Die Kopplung zwischen den Transistoren 86 und 88, die zur Her
stellung einer CMOS-Anordnung 84 erforderlich sind, sind weder
schematisch durch den Block 110 angedeutet, der mit "Kopplungs
mittel" beschriftet ist. Wie zuvor sind die tatsächlichen Ver
bindungen, die zur Bildung einer CMOS-Anordnung aus einem Paar
MOS-Transistoren erforderlich sind, dem Fachmann bekannt. Ebenso
wurde auch hier die Passivierungsschicht fortgelassen, um die
Beschreibung zu vereinfachen.
Fig. 8 zeigt eine photoaktive Anordnung 112 mit einem Substrat
114, einem Photodioden-Feld 116 und einem MOS-Transistor 118.
Es versteht sich, daß auch ein bipolarer Transistor dem Photo
dioden-Feld 116 zugeordnet werden könnte. Zum Zwecke der Be
schreibung sei angenommen, daß das Substrat 114 aus einem
Material vom P-Typ besteht.
Das Photodioden-Feld 116 weist einen Kern 120 aus Material vom
P-Typ auf, der von konzentrischen Ringen oder Rechtecken 122,
124, 126 und 128 umgeben ist. Die konzentrischen Ringe oder
Rechtecke 122 bis 128 wechseln im Leitfähigkeits-Typ ab, so
daß eine Anzahl P-N-Übergänge entsteht. Der Kern 120 und die
Rechtecke 122 bis 128 sind an ihrer Unterseite gegenüber dem
Substrat 114 durch eine vergrabene Oxidschicht 130 isoliert,
die nach der erfindungsgemäßen und anhand der Fig. 1 bis 5
beschriebenen Methode hergestellt worden ist. Zusätzlich kann
man eine Epitaxialschicht aufwachsen lassen, um eine dickere
Siliciumschicht zu erhalten.
Die Rechtecke 126 und 128 sind durch einen Leiter 132 und die
konzentrischen Rechtecke 122 und 124 durch einen Leiter 134
elektrisch miteinander gekoppelt. Oxidfelder 136, 138 und 140
trennen das Photodiodenfeld 116 von dem MOS-Transistor 118 und
von benachbarten Anordnungen. Das Rechteck 128 aus Material
vom P-Typ kann mit dem Substrat 114 in Kontakt stehen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte vergrabene
Oxidschicht 130 verhindert, daß der Kern 120 und die
konzentrischen Ringe oder Rechtecke 122 bis 128 über das
Substrat 114 miteinander kurzgeschlossen werden. Oxidschichten
142 und 144 verhindern einen entsprechenden Kurzschluß an ihren
oberen Flächen.
Der MOS-Transistor 118 kann einen üblichen Aufbau haben und
eine Gate-Elektrode 146 aus Polysilicium, eine Gate-Oxidschicht
148, eine Source-Zone 150 und eine Drain-Zone 152 umfassen.
Der MOS-Transistor 118 kann auf übliche Weise hergestellt worden
sein. Eine Metallbahn 154 verbindet die Gate-Elektrode 146 des
MOS-Transistors 118 mit dem Kern 120 des Photodioden-Feldes
116, und es ist eine Passivierungsschicht 156 sowohl über dem
Photodioden-Feld 160 als auch über dem MOS-Transistor 118 ange
ordnet. Es sei bemerkt, daß sie Source- und Drain-Anschlüsse
des Transistors 118 in Fig. 8 aus Gründen der Vereinfachung
nicht dargestellt sind.
Die Passivierungsschicht 156 und die Oxidschichten 142 und 144
bestehen aus einem isolierendem Material, das für elektromagne
tische Strahlung der gewünschten Frequenz durchlässig ist. Elek
tromagnetische Strahlung, welche die abwechselnden P-N-Übergänge
des Photodioden-Feldes 116 trifft, erzeugt ein elektrisches
Potential am Kern 120 gegenüber dem äußeren Rechteck 128. Das
von dem Photodioden-Feld 116 erzeugte elektrische Signal wird
von dem MOS-Transistor 118 verstärkt, um es besser nutzen zu
können.
Es wurden vorstehend Verfahren zur Erzeugung von vergrabenen
Oxidschichten mit einem vorgegebenen Muster behandelt. Diese
vergrabenen Oxidschichten wurden durch Implantieren von oxid
bildenden Substanzen unter die Oberfläche eines Substrates
erzeugt, wie beispielsweise von Sauerstoffionen, Sauerstoff
molekülen oder anderen Sauerstoffverbindungen. Es ist jedoch
für den Fachmann ersichtlich, daß auch andere implantierte
Substanzen vergrabene Isolierschichten für gleiche Zwecke bilden
können. Beispielsweise kann Stickstoff in ein Siliciumsubstrat
implantiert werden, damit es isolierende Schichten aus Silicium
nitrid bildet. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren
auch bei Halbleiter-Substraten anderer Art verwendet werden,
wie beispielsweise bei Germanium- oder Gallium-Arsenid-
Substraten.
Die vorstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung hat nur den Zweck, die Erfindung zu veranschau
lichen. Diese Beispiele bilden keine erschöpfende Aufzählung.
Daher ist auch nicht beabsichtigt, daß die Erfindung auf diese
Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es ist offensichtlich,
daß der Fachmann viele Variationsmöglichkeiten erkennt. Tat
sächlich kann die Erfindung bei vielen Methoden der Herstellung
von bipolaren und MOS-Anordnungen Anwendung finden. Alle be
schriebenen Verfahrensschritte können mit anderen Schritten
ausgetauscht werden, um das gleiche Resultat zu erzielen. Die
Ausführungsformen der Erfindung wurden lediglich ausgewählt,
um das Prinzip der Erfindung und dessen praktische Anwendung
auf beste Weise zu erläutern und dadurch Anderen das Verständnis
der Erfindung zu ermöglichen. Demgemäß versteht es sich, daß
der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und
deren Äquivalente bestimmt ist.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von vergrabenen Isolierschichten
in ausgewählten Abschnitten eines Halbleiter-Substrats,
dadurch gekennzeichnet, daß im Substrat (10) die Stellen
vorgegeben werden, an denen die Isolierschichten (28, 30)
gebildet werden sollen, und an den vorgegebenen Stellen
in das Substrat (10) eine die Isolierschicht bildende
Substanz (26) implantiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
über dem Substrat (10) eine Maske (24) angeordnet wird,
welche die Implantation der die Isolierschicht bildenden
Substanz ( 26), ausgenommen an den vorgegebenen Stellen,
blockiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolierschicht (28, 30) eine Oxidschicht ist und
in das Substrat (10) Sauerstoffionen implantiert werden.
4. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Maske (24) Wolfram enthält.
5. Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Maske (24) ein Nitrid enthält.
6. MOS-Transistor mit in einem Halbleiter-Substrat gebil
deten Source- und Drain-Zonen und einer auf dem Halbleiter-
Substrat zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone
angeordneten Gate-Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß
unter der Source-Zone eine vergrabene Source-Isolierschicht
und unter der Drain-Zone eine vergrabene Drain-Isolier
schicht angeordnet ist.
7. MOS-Transistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der vergrabenen Source-Isolierschicht (28) und
der vergrabenen Drain-Isolierschicht (30) ein Spalt (38)
vorhanden ist.
8. MOS-Transistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die vergrabene Source-Isolierschicht (28) und die
vergrabene Drain-Isolierschicht (30) unter dem Transistor
eine durchgehende vergrabene Isolierschicht (94) bilden.
9. MOS-Transistor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die vergrabene Source-Isolierschicht
(28) und die vergrabene Drain-Isolierschicht (30) jeweils
mit einem isolierenden Feld (12, 14) verbunden ist, das
den Transistorbereich begrenzt.
10. MOS-Transistor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Isolierschichten
(12, 14, 28, 30) eine Oxidschicht ist.
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