DE3039009A1

DE3039009A1 - Halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3039009A1
Application number: DE19803039009
Authority: DE
Inventors: Masharu Fujidawa Kanagawa Aoyama; Iro Yokohama Kanagawa Ohshima; Seiji Yokohama Kanagawa Yasuda; Toshio Yokosuka Kanagawa Yonezawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-10-18
Filing date: 1980-10-15
Publication date: 1981-05-07
Also published as: GB2063561B; DE3039009C2; JPS5658259A; GB2063561A

Description

-A-

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA
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

130019/07 0 8

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

130019/0708

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 Fremdatomzone_r 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-

130019/070 8

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

130019/0708

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

130019/0708

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 (h_f ), 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

130019/0708

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.

130019/0708

Leerseite

Claims

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, mindestens

130019/0708

eine 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 Fremdatomzone

130019/0708

mit 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