DE2125303C3 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung nach dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs.
Ein derartiges Verfahren ist aus der NL-OS 67 07 936
bekannt. Durch diese Verfahren können u. a. Leiter und Verbindungsdrähte auf dicken Oxidschichten angebracht
werden, welche Leiter und Drähte in bezug auf unterhalb der Oxidschichten liegende Teile eine geringe
Kapazität aufweisen. Außerdem wird infolge der wenigstens teilweise versenkten Oxidschichten eine
Oberfläche erhalten, die flacher als die von Halbleiteranordnungen mit nicht versenkten Oxidschichten der
gleichen Dicke ist
Die versenkte Oxidschicht erstreckt sich wenigstens ober einen rings um die Source- und Drainzonen und das
Kanalgebiet liegenden Teil der Oberfläche des Siliciumkörpers. Es hat sich nun herausgestellt, daß sogar unter
verhältnismäßig dicken versenkten Siliciumoxidschichten (z. B. mit einer Dicke von etwa 1 μπι) parasitäre
is Kanäle z. B. unter dem Einfluß der auf der Oxidschicht
liegenden Stromleiter gebildet werden können, die die Wirkung des Feldeffekttransistors beeinträchtigen.
Diese Erscheinung tritt namentlich bei Feldeffekttransistoren auf, bei denen im Kanalgebiet ein N-Ieitender
Kanal gebildet wird; sie kann aber auch auftreten, wenn beim Betrieb im Kanalgebiet ein P-leitender Kanal
gebildet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so
auszugestalten, daß die parasitäre Kanalbildung vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemiß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs t angegebenen
Merkmale gelöst
μ Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird auf einfache Weise erreicht, daß sich unter der in den
Halbleiterkörper versenkten Siliciumoxidschicht keine störenden parasitären Kanäle bilden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in J5 den Unterarisprüchen beschrieben.
Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 kann mit Hilfe der Maskierungsschicht ein genau definiertes
Kanalgebiet erhalten werden, was, da es sich hauptsächlich um die richtige Breite des Kanalgebietes handelt,
ίο keinen Präzisionsausrichtschritt erfordert
Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist von besonderer Bedeutung, wenn die Verunreinigung zum
Erzeugen des Kanalunterbrechers auch an der Stelle der
Source- und Drainzonen diffundiert wird.
Da Gallium und Aluminium durch eine Siliciumoxydschicht hindurch diffundiert werden können, wird durch
Ausgestaltung nach Anspruch 4 die Anzahl von Möglichkeiten zur Bildung des Kanalunterbrechers im
Siliciumkörper vergrößert.
So können Gallium oder Aluminium auch diffundiert werden, nachdem die Source- und Drainzonen gebildet
worden sind, gegebenenfalls nachdem auch diese Zonen n.it einer versenkten Oxidschicht versehen worden sind.
In all diesen Fällen ist es erforderlich, daß wenigstens
auf dem Kanalgebiet die maskierende Schicht vorhanden ist, die wenigstens über einen Teil ihrer Dicke aus
einem von Siliciumoxid verschiedenen und gegen Oxidation maskierenden Material besteht. In vielen
Fällen begrenzt der Kanalunterbrecher zusammen mit den Source- und Drainzonen das Kanalgebiet, wodurch
parasitäre Kanalbildung bei komplizierter MOS-Struk türen vermieden wird.
daß die bei Diffusionsvorgängen üblichen Schritte zum
schicht und üum Durchführen einer Präzisionsphotoätzbehandlung
dieser Schicht vermieden werden.
F i g. 1,2 und 3 schematisch Schnitte durch einen Teil
eines Feldeffekttransistors in auffolgenden Herstellungsstufen.
Bei diesem Verfahren wird eine Halbleiteranordnung (siehe Fig. J) hergestellt, die einen Halbleiterkörper 1
aus Silicium von einem ersten Leitungstyp enthält, in dem zwei Oberflächenzonen 5 und 6 vom entgegengesetzten
Leitungstyp angebracht sind, die die Source- und Drainzonen eines Feldeffekttransistors mit isolierender
Torelektrode 10 bilden. Zwischen den Source- und Drainzonen 5 und 6 erstreckt sich das an die
Siliciumoberfläche grenzende Kanalgebiet 7 des Feldeffekttransistors.
Auf einem Teil des Siliciumkörpers 1 und wenigstens auf dem Kanalgebiet 7 wird eine
Maskierungsschicht 2 angebracht (siehe Fig. 1), die wenigstens über einen Teil ihrer Dicke aus einem von
Siliciumoxid verschiedenen und gegen Oxydation maskierenden Material, z. B. Siliciumnitrid, besteht.
Der nicht gegen Oxidation maskierte Teil der
Oberfläche des Siliciumkörpers 1 wird einer Oxidationsbehandlung unterworfen, um eine über wenigstens emtn
Teil ihrer Dicke in den Siliciumkörper 1 versenkte Siliciumoxidschicht 8 zu erhalten.
Unter Verwendung der gegen Oxidation maskierenden Schicht 2 als Diffusionsmaske wird eine Verunreinigung
in den Siliciumkörper 1 eindiffundiert, um einen an die Source- und Drainzonen 5 und 6 grenzenden und
unterhalb der versenkten Siliciumoxidschicht 8 liegenden Kanalunterbrecher 9 zu erhalten. Der Kanalunterbrecher
9 ist vom ersten Leitungstyp und weist eine höhere Dotierungskonzentration als der angrenzende
Teil des Siliciumkörpers 1 auf.
Die als Oxydationsmaske verwendete Maskierungsschicht wird also auch als Diffusionsmaske verwendet,
wodurch das Anbringen sowie das Photoätzen einer gesonderten Diffusionsmaskierungsschicht vermieden
wird.
Vorzugsweise wird wenigstens der auf dem Kanalgebiet liegende Teil 11 der Maskierungsschicht 2 (siehe
F i g. 2) als ein Teil der Diffusionsmaske 8, 11 beim
Eindiffundieren einer anderen Verunreinigung in den Siliciumkörper zum Erzeugen der Source- und Drainzonen
5 und 6 verwendet. Dadurch wird auf einfache Weise ein genau definiertes Kanalgebiet 7 erhalten.
Der auf dem Kanalgebiet 7 liegende Teil 11 der Maskierungsschicht kann zum Diffundieren der Source-
und Drainzonen auch durch eine andere Maskierungsschicht ersetzt werden, die z. ß. aus Schichten von
Siliciumoxid und von polykristallinem Silicium oder Molybdän zusammengesetzt ist.
Vorzugsweise wird der Kanalunterbrecher mit einer die Oberflächenkonzentration der anderen Verunreinigung
in den Source- und Drainzonen unterschreitenden Konzentration der Verunreinigung angebracht.
Vorzugsweise wird nach Durchführung der Oxidationsbehandlung
Gallium oder Aluminium als Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers 9
diffundiert. Durch die Anwendung dieser Elemente wird die Anzahl von Möglichkeiten zur Bildung des
Kanalunterbruchers in dem Siliciumkörper vergrößert,
wie nachsteheno noch näher beschrieben wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird die Maskierunjjsschicht 2
■uf der Oberfläche des für das Kanalgebiet 7 bestimmten Teiles des Siliciumkörpers 1 und auf der
Oberfläche der zu diffundierenden Source- und Drainzonen 5 und 6 angebracht (siehe Fig, I). Dann
wird die versenkte Oxidschicht B gebildet und Öffnungen 3 und 4 (siehe Fig.2) in der Maskierungsschicht zum Eindiffundieren der anderen Verunreini
gung in den Siliciumkörper angebracht, um die Source- und Drainzonen 5 und 6 zu erhalten, (n einer Stufe nach
dem Anbringen der Maskierungsschicht wird die Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers
eindiffundiert
Es wird z. B. von einem P-leitenden Siliciumkörper 1
Es wird z. B. von einem P-leitenden Siliciumkörper 1
ίο (siehe Fig. 1) mit einem spezifischen Widerstand von
z.B. 10 ω cm und einer Dicke von etwa 200 um
ausgegangen. Die weiteren Abmessungen des Siliciumkörpers sind nicht wesentlich und sollen nur genügend
groß sein, um die Anbringung des Feldeffekttransistors zu ermöglichen. Gewöhnlich werden in einem Siliciumkörper
gleichzeitig eine Anzahl von Feldeffekttransistoren angebracht, wonach dann der Siliciumkörper
unterteilt wird, z. B. nachdem eine Anzahl Feldeffekttransistoren in integrierten Schaltungen miteinander
verbunden worden sind.
Auf dem Siliciumkörper wird e.*ü Siliciumnitrid
schicht mit einer Dicke von etwa 0,2 μι.ι angebracht.
Diese Schicht kann auf übliche Weise dadurch angebracht werden, daß ein Gemisch von Silar und
Ammoniak bei 10000C über den Körper geführt wird.
Silicium^trid hat eine maskierende Wirkung gegen Oxidation.
Mit Hilfe einer üblichen Photomaskierungstechnik wird mit Ausnahme des Teiles 2, de·· eine Breite von
ίο etwa 65 μηη aufweist, die Siliciumnitridschicht entfernt.
Dann wird die versenkte Siliciumoxidschicht 8 mit einer Dicke von etwa 0,8 μπι durch Oxidation angebracht Zu
diesem Zweck wird z. B. Dampf über den Siliciumkörper, der auf einer Temperatur von etwa 1000° C
ü gehalten wird, geführt, bis die erwünschte Dicke
erreicht ist Die Siliciumoxidschicht 8 ist über eine Dicke von etwa 035 μΐη in den Siliciumkörper 1 versenkt.
Dann wird unter Verwendung der Siliciumnitridschicht
2 als Diffusionsmaske Gallium oder Aluminium über die Siliciumoxidschicht 8 in den Siliciumkörper
zum Erzeugen des unterhalb der Siliciumoxidschicht 8 liegenden Kanalunterbrechers 9 eindiffundiert.
Zu diesem Zweck wird bei Diffusion von Aluminium der Siliciumkörper in einen Aluminiumoxidkübel ge·
setzt, der mit Hilfe eines Aluminiumoxyddeckels verschlossen wird. In dem Kübel befindet sich auch eine
Legierung von 10 Gew.-% Aluminium und 90 Gew.-% Silicium. Bei Erhitzung während 60 Minuten auf 1000° C
in einem Wasserstoffstrom wird Aluminium über eine Tiefe von etwa 1 μπι in den Siliciumkörper eindiffundiert.
Die Oberfläche ^konzentration beträgt 5.10" Ato
me/cm'.
Bei Diffusion von Gallium wird Siliciumpulver ve-we idit, das 1018 Atome/cm' Gallium enthalt, während
nun 20 Minuten lang auf 10000C im Vakuum ertvtzt
wird. Die Diffusionsiiefe und die Oberflächenkonzentration
des Galliums sind praktisch gleich den entsprechenden Werten von Aluminium. Die erwähnten Oberflächenkonzentrationen
werden bei der folgenden Oxida-
bo tionsbehandlung etwas geringer.
Anschließend werden auf übliche Weise in die Siliciumnitridschicht 2 die öffnungen 3 und 4 mit einer
Breite von etwa 25 μπι mit Hilfe warmer Phosphorsäure
geätzt (siehe F i g. 2). Die Dicke der Oxidschicht 8 nimmt dabei praktisch nicht -»b.
Über die öffnungen 3 und 4 wird Phosphor in den
Siliciumkörper 1 eindiffundiert. Zu diesem Zweck wird der Siliciumkörper zusammen mit einer Menge mit
Phosphor dotierten Siliciumpulvers während etwa 10
Minuten auf eine Temperatur von etwa 1000°C in einem
evakuierten Quarzrohr ernjlz(i wonach der Siliciumkörper
aus dem Quarzrohr entfernt wird.
Der Siliciumkörper wird dann auf eine Temperatur von etwa 10000C erhitzt, wobei Dampf über den Körper
1 geführt wird, bis in den Öffnungen 3 und 4 Siliciumoxidschichten 12 und 13 (siehe F i g. 3) mit einer
Dicke von etwa 0,4 μπι erzeugt sind. Die Siliciumoxidschicht
8 wird dabei dicker und erreicht eine Dicke von κι etwa 0,9 (tm. Pie Oberflächenkonzentration des Phosphors
indem Siliciumkörper beträgt etwa 5.1O1** Atome/
cm1.
Der Phosphor diffundiert während des Oxydationsvorgangs weiter. Die N-Ieitenden Source- und Drainzo- is
nen 5 und 6 erhallen dabei eine Dicke von gut I μιη.
Die auf dem Kanalgebiet 7 liegende Siliciumnitridschicht 11 kann durch eine Siliciumoxidschicht 14
ersetzt werden, die dünner als die versenkte Oxidschicht ist, wonach auf dieser dünnen Schicht die Torelektrode
10 angebracht wird.
Auf übliche Weise werden die Source- und Drainzonen und die Torelektrode mit Stromleitern versehen.
Statt durch Gallium oder Aluminium kann z. B. vor dem Anbringen der Schicht 8 der Kanalunterbrecher 9 ?,
durch Diffusion von z. B. Bor erzeugt werden.
Auch kann Gallium oder Aluminium diffundiert werden, nachdem Phosphor diffundiert worden ist oder
nachdem in den Öffnungen 3 und 4 die Siliciumoxidschichten 12 und 13 gebildet sind, wobei dafür gesorgt
werden muß, daß die Source- und Drainzonen nicht überdotiert werden.
Auch kann die Diffusion einer Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers mit Verfahren
kombiniert werden, bei denen die Siticiumnitridschicht 2 sich anfänglich nicht über das in F i g. 1 gezeigte Gebiet,
sondern nur über das in Fig.2 dargestellte Gebiet erstreckt. Dann kann die versenkte Oxidschicht
angebracht und die Source- und Drainzonen diffundiert werden; das Eindiffundieren der Verunreinigung zum
Erzeugen des Kanalunlerbreihcrs kann diesen Schritten vorangehen oder folgen.
Auch kann die Siliciumnitridschicht als Diffusionsmaske für die Phosphordiffusion verwendet werden,
wonach der nicht auf dem KanalKcbiet liegende Teil der
Siliciumnitridschicht entfernt und die außerhalb des Kanalgebietes liegende Siliciurnoberfläche oxidiert
wird. Vor oder nach der Oxidation kann dann die Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers
diffundiert werden.
Die Maskierungsschicht kann statt aus Siliciumnitrid auch aus einem anderen gegen Oxidation maskierenden
Material, wie einer Doppclschicht aus Aluminiumoxid und Siliciumoxid, bestehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper aus Silicium
vom ersten Leitungstyp, in dem zwei Oberflächenzonen vom entgegengesetzten Leitungstyp angebracht
werden, die die Source- und die Drainzone eines Feldeffekttransistors mit isolierter Gate-Elektrode
bilden, wobei zwischen der Source- und der Drainzone sich das an die Siliciumoberfläche
grenzende Kanalgebiet des Feldeffekttransistors erstreckt, bei dem auf einem das Kanalgebiet
umfassenden Teil des Siliciumkörpers eine gegen Oxidation maskierende Schicht angebracht wird, die
wenigstens über einen Teil ihrer Dicke aus einem von Siliciumoxid verschiedenen Material besteht,
und bei dem ferner der nicht gegen Oxidation maskierte Teil der Oberfläche des Siliciumkörpers
einer Oxidationsbehandlung unterworfen wird, um eine wenigstens über einen Teil ihrer Dicke in den
Siliciumkörper versenkte Siliciumoxidschicht zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß
unter Verwendung der gegen Oxidation maskierenden Schicht als Diffusionsmaske eine den ersten
Leitungstyp erzeugende Verunreinigung in den Siliciumkörper eindiffundiert wird, so daß ein
unterhalb der versenkten Silicijmoxidschicht liegender, eine höhere Dotierungskonzentration als der
angrenzende Teil des Siliciumkörpers aufweisender und an die Source- und die Drainzone angrenzender
Kanalunterbrecher entsteht.
2. Verfahi ^ η nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens der iuf dem Kanalgebiet liegende Teil der gegen Oxidation maskierenden
Schicht als Teil einer Diffusionr-naske beim Eindiffundieren
einer Verunreinigung in den Siliciumkörper zum Erzeugen der Source- und Drainzone
verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalunterbrecher mit
einer die Oberflächenkonzentration der Verunreinigung in der Source- und der Drainzone unterschreitenden
Verunreinigungskonzentration erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Durchführung der Oxida
tionsbehandlung Gallium oder Aluminium als Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers
diffundiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen Oxidation
maskierende Schicht auf der Oberfläche des für das Kanalgebiet bestimmten Teiles des Siliciumkörpers
und auf der Oberfläche der zu diffundierenden Source- und Drainzone angebracht wird, wonach die
versenkte Oxidschicht gebildet wird und Öffnungen in der gegen Oxidation maskierenden Schicht zum
Eindiffundieren der Verunreinigung zum Erzeugen der Source- und der Drainznne in den Siliciumkörper
angebracht werden.
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