DE3727019C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein FET-, ein Widerstands- und ein Kondensatorbauteil mit einem Substrat, mehreren halbleitenden Schichten und Elektroden.
Aus Appl. Phys. Lett. 45 (1), Juli 1984, S. 72-73 und aus J. Appl. Phys. 55 (1), Jan. 1984, S. 169-171 ist es bekannt, Halbleiterbauteile mit Siliziumkarbidschichten dadurch herzu­ stellen, daß derartige Schichten durch ein CVD-Verfahren auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden werden. Es ist problema­ tisch, Schichtfolgen zu finden, die zu besonders effektiven Halbleiterbauteilen führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, effektiv arbeitende Hochtemperatur-Halbleiterbauteile mit Siliziumkarbidschichten anzugeben.
Diese Aufgabe wird für ein FET-Halbleiterbauteil durch die Merkmale von Anspruch 1, für ein Widerstands-Halbleiterbauteil durch die Merkmale von Anspruch 2 und für ein Kondensator- Halbleiterbauteil durch die Merkmale von Anspruch 3 gelöst. Alle Bauteile zeichnen sich dadurch aus, daß sie zwischen dem Siliziumsubstrat und der ersten für die Funktion des Halblei­ terbauteils wichtigen Siliziumkarbidschicht eine Siliziumkar­ bidschicht mit hohem Widerstand aufweisen, die dafür sorgt, daß die für die Funktion wesentlichen Schichten elektrisch vom Substrat isoliert werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher er­ läutert. Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen FET mit Siliziumkarbidschichten;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Wider­ stand mit Siliziumkarbidschichten und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch einen Konden­ sator mit Siliziumkarbidschichten.
Der Grundaufbau aller Halbleiterbauelemente gemäß den Aus­ führungsbeispielen ist der, daß auf einem Siliciumsubstrat 1 zunächst eine bordotierte Siliciumkarbidschicht 2 hohen Wider­ standes aufgebracht ist, über der eine weitere Siliciumkar­ bidschicht liegt.
Die bordotierte Siliciumkarbidschicht 2 hohen Widerstandes wird dadurch hergestellt, daß eine einkristalline Schicht von Siliciumkarbid auf einem Siliciumsubstrat 1 dadurch er­ zeugt wird, daß bei geeigneten Bedingungen Monosilan (SiH4) und Propan (C3H8) zugeführt werden. Gleichzeitig wird da­ durch, daß Diboran (B2H6) als Verunreinigungsgas zugeführt wird, Bor als Verunreinigung in die einkristalline Sili­ ciumkarbidschicht dotiert. Bor ist ein Element mit extrem kleinem Atomradius und wird in einkristallinen Siliciumkar­ bidschichten in der Regel als Zwischengitteratom eingela­ gert. Es wirkt dort als Punktdefekt, der das Siliciumkarbid­ gitter verzerrt. Dadurch steigt der elektrische Widerstand des Siliciumkarbids, und zwar in einem der Konzentration von Bor entsprechenden Ausmaß.
Werden mehrere Halbleiterbauelemente wie z. B. mehrere Dio­ den und Transistoren auf einer auf diese Art und Weise er­ zeugten Siliciumkarbidschicht hohen Widerstandes aufge­ bracht, sind diese Bauteile durch die guten Isolationsei­ genschaften der dotierten Siliciumkarbidschicht gut vonein­ ander isoliert.
Ausführungsbeispiel 1 Feldeffekttransistor mit PN-Übergang
Der Feldeffekttransistor gemäß Fig. 2 weist das Siliciumsubstrat 1, die hochisolierende Silicium­ karbidschicht 2 und eine leitende Karbidschicht 3 von etwa 0,5 µm Dicke, hergestellt durch ein CVD-Verfahren auf. Auf der einkristallinen Siliciumkarbidschicht 3 ist bereichsweise eine einkristalline Siliciumkarbid­ schicht 4 vom P-Typ dadurch gebildet, daß bei der CVD-Her­ stellung Aluminium zugefügt wurde. Die Dicke der Schicht beträgt etwa 3 µm.
Nach dem Herstellen der Siliciumkarbidschicht 4 vom P-Typ wird diese teilweise so weit entfernt, daß die N-Typ Sili­ ciumkarbidschicht 3 wieder freiliegt, auf der eine Source- Elektrode 5 und eine Drain-Elektrode 6 durch Aufdampfen von Nickel gebildet werden. Auf die P-Typ Siliciumkarbidschicht 4 wird dagegen eine Aluminium-Silicium(AL-Si)-Verbindung aufgedampft, die eine ohmsche Gate-Elektrode 8 bildet.
Der durch die Kanalschicht 3 zwischen der Source-Elektrode 5 und der Drainschicht 6 fließende Strom kann durch eine an die Gate-Elektrode 8 angelegte Spannung gesteuert werden, wodurch Transistoreigenschaften erzielt werden.
Ausführungsbeispiel 2: Widerstand
Auch das Halbleiterbauelement gemäß Fig. 2 weist ein Sub­ strat 1 und eine Schicht 2 hohen Widerstandes aus Materia­ lien und mit Abmessungen auf, wie bereits anhand von Fig. 1 beschrieben. Auf der Siliciumkarbidschicht 2 hohen Wider­ standes ist eine stickstoffdotierte einkristalline Silicium­ karbidschicht 9 vom N-Typ mit eingestelltem Widerstand vor­ handen. Sie ist durch ein CVD-Verfahren mit einer Dicke von etwa 1 µm aufgebracht.
Zum Einstellen des Widerstandes wird die Menge dotierten Stickstoffes gesteuert. Wenn die genannten Schichten fertig­ gestellt sind, werden auf der Widerstandsschicht 9 ohmsche Elektroden 10 und 11 durch Aufdampfen von Nickel herge­ stellt. Der Raum zwischen den beiden Elektroden 10 und 11 stellt ein Widerstandsbauteil dar, dessen Widerstandswert von der Leitfähigkeit der Widerstandsschicht 9, dem Abstand zwischen dem Elektroden und der Dicke und Breite der Wider­ standsschicht 9 abhängt.
Ausführungsbeispiel 3: Kondensator
Auch das Bauteil gemäß Fig. 3 weist das Siliciumsubstrat 1 und die Siliciumkarbidschicht 2 hohen Widerstandes auf, wie anhand von Fig. 1 erläutert. Auf der Siliciumkarbidschicht 2 hohen Widerstandes ist eine stickstoffdotierte einkristal­ line N-Typ Siliciumkarbidschicht 15 niedrigen Widerstandes (höchstens etwa 0,1 Ohmcm) mit einer Dicke von etwa 1 µm durch ein CVD-Verfahren aufgebracht. Die Oberfläche dieser Schicht ist durch thermisches Oxidieren in einer Sauerstoff­ atmosphäre bei etwa 1000 Grad C oxidiert. Dadurch ist eine Oxidschicht 12 von etwa 10 nm bis etwa 200 nm Dicke gebil­ det. Ein Teil der Oxidschicht 12 ist abgeätzt, um Platz für eine ohmsche Elektrode 13 zu schaffen, die direkt auf der N-Typ Siliciumkarbidschicht 15 aufgebracht ist. Eine kapazi­ tive Elektrode 14 aus Aluminium ist auf der Oxidschicht 12 aufgebracht. Der Raum zwischen den beiden Elektroden 13 und 14 bildet einen Kondensator, dessen Kapazität von der Dicke der Oxidschicht und der Fläche der Elektroden abhängt.
Wesentlich für alle Ausführungsformen ist, daß sie zwischen einem Siliciumsubstrat und dem aktiven Teil des Bauelemen­ tes eine Siliciumcarbidschicht hohen Widerstandes aufwei­ sen. Die so aufgebauten Bauelemente lassen sich mit hoher Quali­ tät und definierten Eigenschaften in Massenfertigung her­ stellen.

Claims (5)

1. FET-Halbleiterbauteil mit einem Substrat, mehreren halb­ leitenden Schichten und Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Substrat (1) ein Siliziumsubstrat ist,
  • - eine erste Siliziumkarbidschicht (2) mit hohem Widerstand auf dem Substrat aufgebracht ist,
  • - eine zweite Siliziumkarbidschicht (3) von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf der ersten Siliziumkarbidschicht aufgebracht ist, wodurch die zweite Schicht durch die erste Schicht vom Substrat isoliert ist,
  • - eine dritte Siliziumkarbidschicht (4) in einem Bereich der zweiten Siliziumkarbidschicht aufgebracht ist, welche dritte Schicht den zum Leitfähigkeitstyp der zweiten Schicht umgekehrten Leitfähigkeitstyp aufweist,
  • - eine Gateelektrode (8) auf der dritten Siliziumkarbid­ schicht aufgebracht ist,
  • - und eine Sourceelektrode (5) und eine Drainelektrode (6) benachbart zur dritten Siliziumkarbidschicht auf der zweiten Siliziumkarbidschicht aufgebracht ist.
2. Widerstands-Halbleiterbauteil mit einem Substrat, mehreren halbleitenden Schichten und Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Substrat (1) ein Siliziumsubstrat ist,
  • - eine erste Siliziumkarbidschicht (2) mit hohem Widerstand auf dem Substrat aufgebracht ist,
  • - eine zweite Siliziumkarbidschicht (9), die stickstoff­ dotiert ist, auf der ersten Siliziumkarbidschicht auf­ gebracht ist,
  • - und ein Paar Elektroden (10, 11) auf der zweiten Sili­ ziumkarbidschicht aufgebracht ist.
3. Kondensator-Halbleiterbauteil mit einem Substrat, mehreren halbleitenden Schichten und Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Substrat (1) ein Siliziumsubstrat ist,
  • - eine erste Siliziumkarbidschicht (2) mit hohem Widerstand auf dem Substrat aufgebracht ist,
  • - eine zweite Siliziumkarbidschicht (15), die stickstoff­ dotiert ist, auf der zweiten Siliziumkarbidschicht auf­ gebracht ist,
  • - eine Oxidationsschicht (15) in einem ersten Bereich der zweiten Siliziumkarbidschicht durch Oxidieren dieser zweiten Siliziumkarbidschicht ausgebildet ist,
  • - eine erste Elektrode (14) auf der Oxidschicht aufgebracht ist,
  • - und eine zweite Elektrode (13) in einem Bereich der zwei­ ten Siliziumkarbidschicht ohne Oxidschicht aufgebracht ist.
4. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Siliziumkarbidschicht (2) bordotiert ist.
5. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der ersten Siliziumkar­ bidschicht 100 Ohmcm beträgt.
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