DE4009675A1

DE4009675A1 - Verfahren zur herstellung von influenz-halbleiterbauelementen und damit hergestelltes halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE4009675A1
Application number: DE4009675A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Suzumura; Kazushi Katoaka; Takuya Komoda
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1990-10-04
Anticipated expiration: 2010-03-27
Also published as: GB2230136B; GB2230136A; FR2645348B1; GB9005988D0; FR2645348A1; DE4009675C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Influenz-Halbleiterbauelementen und damit hergestellte Halbleiterbauelemente.

Das Influenz(static induction) -Halbleiterbauelement der betreffenden Art kann vorteilhaft in einer Schaltung be nutzt werden, in der beispielsweise ein Anreicherungs- Halbleiterbauelement verwendet wird.

In Jp 54-92 180-A (S. Iwanai) ist ein Beispiel des be treffenden Influenz-Halbleiterbauelementes offenbart, bei dem eine Mesaätzung zusammen mit einer selektiven Oxidation einer Oberfläche des Halbleitersubstrates aus geführt wird, um in diesem Gates auszubilden, und bei dem leitende Siliziumkristalle mittels eines CVD-Verfah rens oder ähnlichem auf als Drains auszubildenden Ober flächenbereichen haftend angebracht werden. Bei diesem bekannten Bauelement besteht jedoch das Problem, daß die elektrischen Eigenschaften instabil sind, weil die Tiefe der Drain-Zonen oder die Schwankung des Flächenwider standes zu groß sind. Das heißt, daß ein Störstellenpro fil wie etwa die Störstellenkonzentration und die Dif fusionstiefe aufgrund des Anhaftens des leitenden Sili ziumkristalls auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats und aufgrund von dessen Wärmediffusion in das Substrat wahrscheinlich weder stabil noch gleichmäßig gemacht werden kann.

Beim genannten Influenz-Halbleiter hängen die Stehspan nungseigenschaften zwischen dem Gate und dem Drain vom Abstand von der dem Drain entsprechenden Position und von der Störstellenkonzentration insbesondere des zuge ordneten Bereichs zwischen heterogenen Störstellenzonen ab; hierbei besteht jedoch das Problem, daß ein solcher Abstand und eine solche Konzentration aufgrund des in stabilen Störstellenprofils zu Schwankungen veranlaßt werden, wodurch die Stehspannung zwischen dem Gate und dem Drain instabil gemacht wird. Ferner hängt im oben genannten Influenz-Halbleiterbauelement die Gate-Schwel lenspannung von der Kanalbreite zwischen den als Gate- Zonen fungierenden Störstellendiffusionszonen ab, so daß es im Falle des Anreicherungstyps wünschenswert ist, die Kanalbreite so klein wie möglich herzustellen, während das Problem aufgrund des instabilen Störstellenprofils beträchtlich erhöht wird, wenn die Kanalbreite kleiner gemacht wird.

Weitere Influenz-Halbleiterbauelemente sind in JP 60 955-A (Y. Gyomoto), JP 56-71 979-A (H. Ikoma usw. offen bart, sie sind aber nicht auf einem höheren Niveau als das vorangehende Bauelement von S. Iwanai und lösen das im Stand der Technik entstandene Problem nicht.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Anreicherungs- Influenz-Halbleiterbauelementes und ein damit herge stelltes Halbleiterbauelement zu schaffen, wobei in dem Bauelement, um als Anreichungstyp verwendbar zu sein, ein Störstellenprofil wie etwa die Störstellenkonzentra tion und die Diffusionstiefe im wesentlichen gleichmäßig gemacht werden kann, so daß die Stehspannungscharakteri stik zwischen dem Gate und der Kathode stabilisiert und die Kanalbreite hinreichend klein gemacht werden kann, und somit die Gate-Schwellenspannung optimal festgesetzt werden kann.

Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Anreicherungs-Influenz- Halbleiterbauelementes, in dem auf einer Oberfläche ei nes Halbleitersubstrates Gatezonen aufbauende Störstel lendiffusionszonen und außerdem weitere, Kathodenzonen aufbauende Störstellenzonen ausgebildet werden, in dem auf den die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffusions zonen Gatelektroden und auf den die Kathodenzonen auf bauenden Störstellendiffusionszonen Kathodenelektroden ausgebildet werden und in dem auf einer auf einer Rück seite des Substrates ausgebildeten, eine Anodenzone auf bauenden Störstellendiffusionszone eine Anodenelektrode ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen da durch ausgebildet werden, daß ein Oxidfilm zum Bedecken derjenigen Oberfläche des Halbleitersubstrates, auf der die die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen ausgebildet werden, vorgesehen wird, daß Öffnungen zur Ausbildung der die Kathodenzonen aufbauenden Störstel lendiffusionszonen im Oxidfilm vorgesehen werden, daß die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusions zonen mittels einer Wärmediffusion von Fremdatomen, die durch die Öffnungen in die Oberfläche geleitet werden, ausgebildet werden, so daß die Kathodenzonen die die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen teil weise überlappen, daß in den Öffnungen ein dünner Oxid film vorgesehen wird und daß mittels einer Ätzung, die zur selektiven Beseitigung des dünnen Oxidfilms in den Öffnungen ausgeführt wird, Kathoden und Elektroden aus gebildet werden.

Gemäß dem vorangehenden Verfahren zur Herstellung des Influenz-Halbleiterbauelementes können die Schwankung der Störstellenkonzentration oder die Diffusionstiefe minimiert werden, indem die die Kathodenzonen aufbauen den Störstellendiffusionszonen so ausgebildet werden, daß sie teilweise mit den die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen überlappen, wodurch das Stör stellenprofil stabilisiert werden kann, so daß die elek trischen Eigenschaften auch dann wirksam stabilisiert werden können, wenn die Kanalbreite zwischen den ent sprechenden, die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffu sionszonen kleiner gemacht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1a-1g Darstellungen zur Erläuterung der Abfolge der das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstel lung des Influenz-Halbleiterbauteils bilden den grundlegenden Schritte;

Fig. 2a-2c Darstellungen zur Erläuterung der Abfolge der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit denen das Influenz-Halbleiterbauteil zu einem Anreicherungstyp gemacht wird, anhand eines relevanten Ausschnitts des Bauteils;

Fig. 3 genauer das Influenz-Halbleiterbauteil vom Anreicherungstyp, wie es in den Schritten von Fig. 2 hergestellt wird; und

Fig. 4 eine Darstellung des Störstellenprofils in den entsprechenden, die Gate- und Kathodenzo nen aufbauenden Störstellendiffusionszonen des Anreicherungs-Influenz-Halbleiterbauteils von Fig. 3.

Wenn die vorliegende Erfindung nun mit Bezug auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungs formen beschrieben wird, ist zu beachten, daß die Erfin dung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sämtliche Abwandlungen, Änderungen und äquiva lente Anordnungen, die innerhalb des Umfangs der Patent ansprüche möglich sind, enthält.

In den Fig. 1a bis 1g sind die grundlegenden Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines das erfindungsge mäße Influenz-Halbleiterbauelement darstellenden Ober flächengate-Influenzthyristors gezeigt. Zunächst wird, wie in Fig. 1a gezeigt, ein N-dotiertes Siliziumhalb leitersubstrat 11 mit einer auf einer Rückseite des Sub strats ausgebildeten, eine Anodenzonen aufbauenden P-do tierten Störstellendiffusionszone 12 und mit Gatezonen aufbauenden, auf der anderen Seite des Substrats 11 aus gebildeten P⁺-dotierten Störstellendiffusionszonen 13 versehen, während ferner ein Oxidfilm 14 gebildet wird, um damit die Oberfläche über den Zonen 13 zu überziehen. Dann werden, wie in Fig. 1b gezeigt, Ionenimplantations öffnungen 15 durch den Oxidfilm 14 erzeugt, so daß die Öffnungen 15 die Oberfläche des Substrates 11 zwischen benachbarten P⁺-dotierten Diffusionszonen 13 bei teil weiser Überlappung mit den Zonen 13 freilegen, daß N- Fremdatome wie etwa Phosphor in die freigelegte Oberflä che des Substrates eingelassen werden und daß die einge lassenen Fremdatome einer Wärmediffusion und einer Akti vierung in einer N₂-Gas-Umgebung unterworfen werden. Folglich werden, wie in Fig. 1c gezeigt, Kathodenzonen aufbauende N⁺-dotierte Störzellendiffusionszonen 16 aus gebildet, die mit einer Zonenübergangs-Stehspannung ver sehen sind, welche in bezug auf die die Gatezonen auf bauenden P⁺-dotierten Störstellendiffusionszonen 13 ent gegengesetzt orientiert ist, anschließend werden die Öffnungen 15 durch einen dünnen Oxidfilm 14 a, der eine Dicke von ungefähr einigen 100 Å besitzt, verschlossen, um die Zonen 16 abzudecken. Das heißt, daß dann, wenn das Substrat der Wärmediffusion in der N₂-Gas-Umgebung unterworfen wird, ein sehr dünner natürlicher Oxidfilm in den Öffnungen 15 ausgebildet wird. Im vorliegenden Beispiel wird eine Ionenimplantation eingesetzt, um zur Ausbildung der Kathodenzonen Fremdatome in die Öffnungen 15 zu leiten, es kann jedoch jeder andere Prozeß, bei spielsweise ein Abscheidungsprozeß mit POCl₃, also mit einer flüssigen Quelle, eingesetzt werden.

Wie in Fig. 1d gezeigt, werden als nächstes durch den Oxidfilm 14 auf der Oberfläche des Siliziumhalbleiter substrats 11 Kontaktöffnungen 17 für die Gateelektroden erzeugt, um die P⁺-dotierten Störstellendiffusionszonen 13 vorzugsweise mittels einer anhand einer auf dem Film 14 vorgesehenen Fotomaskierung ausgeführten Ätzung teil weise freizulegen. Da die die Gatezonen aufbauenden P⁺- dotierten Störstellendiffusionszonen 13 so ausgebildet worden sind, daß sie mit einer verhältnismäßig großen Tiefe in das N⁻-dotierte Halbleitersubstrat 11 diffun dieren und eine verhältnismäßig große Breite auf der Oberfläche des Substrats 11 besitzen, kann die Ausbil dung der Kontaktöffnungen 17 im Oxidfilm 14 auf den je weiligen Zonen 13 sehr leicht mit einer bestimmten Ab messungstoleranz ausgeführt werden. Nach dieser Ausbil dung der Öffnungen 17 wird der in den Öffnungen 15 aus gebildete dünne Oxidfilm 14 a an ausgewählten Stellen be seitigt, um auf diese Weise Kontaktöffnungen 15 a für die Herstellung von Kathodenelektroden auszubilden. Hierbei können die Kontaktöffnungen 15 a möglicherweise nur mit tels einer geringen Ätzung ohne Ausführung der Fotomas kierung in bezug auf den dünnen Oxidfilm 14 a ausgebildet werden. Es ist möglich, den in Fig. 1e gezeigten Zustand dadurch zu erreichen, daß sowohl die Kontaktöffnungen 17 zu dem Halbleitersubstrat 11 zur Schaffung der Gateelek troden als auch die Kontaktöffnungen 15 a zu dem Halblei tersubstrat 11 zur Schaffung der Kathodenelektroden mit tels der geringen Ätzung, beispielsweise während unge fähr 30 Sekunden mit einer Lösung aus HF:H₂O=1:10, ausgebildet werden. Die erwähnten Ionenimplantationsöff nungen 15 und die Kontaktöffnungen 15 a zur Schaffung der Kathodenelektroden können praktisch auf die gleiche Wei se ausgebildet werden.

Dann werden, wie in Fig. 1f gezeigt, die Kathodenelek troden 20 bzw. die Gateelektroden 21 konkurrierend aus Aluminium ausgebildet. Weiterhin wird, wie in Fig. 1g gezeigt, auf der P-dotierten Störstellenzone 12 auf der Rückseite des Halbleitersubstrates 11 eine Anodenelek trode 22 ausgebildet, wodurch die Herstellung des Ober flächengate-Influenzthyristors abgeschlossen werden kann. Hierbei stellt der Oxidfilm 14 eine Isolierschicht dar. Es ist leicht einzusehen, daß in dem durch die vor angehenden Herstellungsschritte erstellten Influenzthy ristor der Betrag des durch eine Zone mit hohem spezifi schen Widerstand, also durch eine Basiszone im Silizium halbleitersubstrat 11, fließende elektrische Strom durch Anpassung einer an die Gatelektroden 21 angelegten Span nung gesteuert werden kann. Ferner können die Kontakt öffnungen 17 zur Schaffung der Gateelektroden selbstver ständlich nach der Ausbildung der Kontaktöffnungen 15 a zur Schaffung der Kathodenelektroden ausgebildet werden, obwohl in den vorangehenden erfindungsgemäßen Herstel lungsschritten diese Kontaktöffnungen 17 vor der Ausbil dung der Kontaktöffnungen 15 a ausgebildet worden sind.

ln den Fig. 2a bis 2c sind die Hauptschritte des Verfah rens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Anreiche rungs-Influenzthyristors genauer gezeigt. In dem Anrei cherungs-Influenzthyristor ist insbesondere eine ver hältnismäßig große Strombelastbarkeit erforderlich, so daß die Ionenimplantationsöffnungen 15 zur Ausbildung der Kathodenzonen breiter vorgesehen werden müssen, wäh rend die Kanalbreite Cd zwischen benachbarten, die Gate zonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 13 minimal sein muß, so daß die Anordnung von der Art sein muß, daß die Fläche einer jeden Öffnung 15 zur Herstellung der Kathodenzone teilweise mit den benachbarten, die Gate zonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 13 über lappt. Hierbei können die Herstellungsschritte selbst die gleichen sein wie in den Fig. 1a bis 1g gezeigt, während die Ionenimplantationsöffnungen 15 zur Erzielung des Anreicherungs-Thyristors in der Praxis so herge stellt werden müssen, daß jede Ionenimplantationsöffnung 15 teilweise mit den benachbarten Störstellendiffusions zonen 13, die als Gatezonen mit der verhältnismäßig en geren Kanalbreite Cd ausgebildet werden, überlappt, um einander gegenüberliegende Eckbereiche der Zonen 13 freizulegen, wie in Fig. 2a gezeigt. Dann wird durch die Öffnungen 15 die Ionenimplantation mit N-Fremdatomen wie etwa Phosphor ausgeführt, während die Wärmediffusion der implantierten Ionen und deren Aktivierung in einer N₂- Gas-Umgebung ausgeführt wird, wodurch die N⁺-dotierten Störstellendiffusionszonen 16 zur Schaffung der Katho denzonen, wie in Fig. 2b gezeigt, ausgebildet werden, wobei die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendif fusionszonen 16 so ausgebildet werden, daß sie mit Rand bereichen der die Gatezonen aufbauenden Störstellendif fusionszonen 13 teilweise überlappen. Die die Kathoden zonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 16 können mittels des oben erwähnten Abscheidungsprozesses ausge bildet werden.

Danach werden die auf die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 16 bzw. auf die die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 13 bezogenen Ka thodenelektroden 20 und Gateelektroden 21 in denselben Schritten wie in Fig. 1 gezeigt geschaffen, wobei zwi schen ihnen der Oxidfilm 14 angeordnet ist, wie in Fig. 2c gezeigt, während die Anodenelektrode 22 mit Bezug auf die die Anodenzone aufbauende Störstellendiffusionszone 12 geschaffen wird, womit die Herstellung des in Fig. 3 gezeigten Anreicherungs-Influenzthyristors abgeschlossen ist. In diesem in Fig. 3 gezeigten Anreicherungs-In fluenzthyristor sind die P-Störstellenkonzentration und die N-Störstellenkonzentration an der PN-Zonenübergangs grenze zwischen den die Gatezonen aufbauenden Störstel lendiffusionszonen 13 und den die Kathodenzonen aufbau enden Störstellendiffusionszonen 16 gleich.

Aus dem in Fig. 4 gezeigten Störstellenprofil, das in der Nähe eines Punktes A auf der Oberfläche des Substra tes 11 gemessen wurde, ist ersichtlich, daß der Schnitt punkt der P⁺- und der N⁺-Störstellenkonzentrationskurven der PN-Zonenübergangsgrenze entspricht. Bei einem be kannten Anreicherungs-Influenzthyristor zeigen die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen ei ne beträchtliche Schwankung des Störstellenprofils, so daß sich dann, wenn die Diffusion flach und die Stör stellenkonzentration niedrig ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die PN-Zonenübergangsgrenze an der Position B′ be findet, so daß der Abstand der Grenze von der Kontakt öffnung 15 a zur Ausbildung der Kathodenelektrode unzu reichend wird und somit die Gefahr der Entstehung eines Kurzschlusses oder wenigstens einer unzulänglichen Steh spannung zwischen den Gate- und Kathodenzonen entsteht. ln dem erfindungsgemäßen Anreicherungs-Influenzthyristor zeigen andererseits die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 16 nur eine geringe und sta bile Schwankung hinsichtlich der Störstellenkonzentra tion und der Diffusionstiefe, so daß die PN-Zonenüber gangsgrenze an der Oberfläche des Substrates 11 stabil an einer in Fig. 3 gezeigten Position B angeordnet wer den kann, die von der die Kathodenelektrode bildenden Kontaktöffnung 15 a ausreichend weit entfernt ist. Selbst wenn die Kontaktöffnungen 15 a so ausgebildet werden, daß sie mit den die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffu sionszonen 13 teilweise überlappen, befindet sich die Zonenübergangsgrenze zwischen diesen Zonen 13 und den die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 16 an einer in Fig. 3 gezeigten Position X, so daß sie an einer von der Kontaktöffnung 15 a entfernt gelegenen Positionen stabil angeordnet werden kann, wobei die in der entgegengesetzten Richtung orientierte Übergangs stehspannung zwischen den Gatezonen und den Kathodenzo nen ausreichend eingestellt wird, um das Auftreten jeglichen Kurzschlusses zwischen den Gate- und den Ka thodenzonen wirksam zu verhindern.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Anreicherungs- Influenz-Halbleiterbauelementes, in dem auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrates Gatezonen auf bauende Störstellendiffusionszonen und außerdem wei tere, Kathodenzonen aufbauende Störstellendiffusions zonen ausgebildet werden, in dem auf den die Gatezo nen aufbauenden Störstellendiffusionszonen Gatelek troden und auf den die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen-Kathodenelektroden ausge bildet werden und in dem auf einer auf der Rückseite des Halbleitersubstrates ausgebildeten, eine Anoden zone aufbauenden Störstellendiffusionszone eine Ano denelektrode ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffu sionszonen dadurch ausgebildet werden, daß ein Oxidfilm zum Bedecken derjenigen Oberfläche des Halbleitersubstrates, auf der die die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen ausgebildet werden, vorgesehen wird, daß Öffnungen zur Ausbildung der die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffu sionszonen im Oxidfilm vorgesehen werden, daß die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen mittels einer Wärmediffusion von Fremdatomen, die durch die Öffnungen in die Oberfläche geleitet wer den, ausgebildet werden, so daß die Kathodenzonen die die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen teilweise überlappen, daß in den Öffnungen ein dünner Oxidfilm vorgesehen wird und daß mittels einer Ätzung, die zur selektiven Beseitigung des dünnen Oxidfilms in den Öffnungen ausgeführt wird, Kathoden und Elektroden ausgebildet werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zur Ausbildung der die Kathodenzo nen aufbauenden Störstellendiffusionszonen so ausge bildet werden, daß sie mit den die Gatezonen auf bauenden Störstellendiffusionszonen teilweise über lappen.

3. Anreicherungs-Influenz-Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat, mit auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrates vorgesehenen Gatezonen, die je weils eine auf ihnen geschaffene Gateelektrode auf weisen, mit auf dieser Oberfläche des Halbleitersub strates ausgebildeten Kathodenzonen, die eine in be zug auf die Gatezonen aufrechterhaltene, ausreichen de Spannungsfestigkeit des Überganges in Sperr- Richtung und jeweils eine auf ihnen geschaffene Ka thodenelektrode aufweisen, und mit einer auf einer Rückseite des Halbleitersubstrates ausgebildeten Ano denzone, die eine auf ihr ausgebildete Anodenelektro de aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzonen so ausgebildet sind, daß sie mit den Gatezonen teilweise überlappen.

4. Bauelement gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatezonen so angeordnet sind, daß die Kanal breite ausreichend klein gemacht wird.