DE3509899A1

DE3509899A1 - Mos-transistoranordnung mit veraenderlicher leitfaehigkeit

Info

Publication number: DE3509899A1
Application number: DE19853509899
Authority: DE
Inventors: Akio Hiratsuka Kanagawa Nakagawa; Kiminori Kawasaki Watanabe
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1985-03-19
Publication date: 1985-09-19
Anticipated expiration: 2005-03-20
Also published as: GB8505731D0; US4680604A; GB2156151B; USRE32784E; JPS60196974A; JPH0467343B2; DE3509899C2; GB2156151A

Description

Henkel, Feiler, Hänzel & Partner ^: - -" "·-'--" " - - - Patentanwälte

•^ b".jroceaⁿ Patent A«;.rreyS

Zoge!3SSene Ve1f6!6' vC-r -3

curopaiscner, Patenjmi

098 99 Dr ph,l G Henkel

Dr ^rer oat L l-öner CiDl -Ing Λ' Har^ei D.pi -mo D Kottniij'-n KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA

Kawasaki, Japan D"sOCO München 3ΰ

Tel 089/982085-87 ^reie* 5298C2 hrk: J Te^!efax ^:.Gr 2+3) 089/9814 26
Telegramm ellipsoid

ESS-59P609-3

MOS-Transistoranordnung mit veränderlicher Leitfähigkeit

Die Erfindung betrifft eine MOS-Transistoranordnung mit veränderlicher Leitfähigkeit zur Verwendung als Strom- oder Leistungsschalt(er)vorrichtung. 5

In neuerer Zeit ist ein Leistungs-MOSFET mit Source- und Kanalzonen, die nach einem Diffusions-Selbstausrichtverfahren (DSA-Verfahren) ausgebildet worden sind, als Strom- oder Leistungsschalt(er)element auf dem Markt eingeführt worden. Ein Element mit einer Sperrspannung über 1000 V und einem ausreichend niedrigen Durchlaß-Widerstand ist jedoch bisher noch nicht realisiert worden, weil nämlich dann, wenn bei einem gewöhnlichen Leistungs-MOSFET die Sperrspannung angehoben wird, sich sein Durchlaß-Widerstand (ON-state resistance) vergrößert. Zur Lösung dieses Problems ist die Verwendung eines Feldeffekttransistors mit veränderlicher Leitfähigkeit (COMFET) als Leistungs-MOSFET nötig. Gemäß Fig. 1 umfaßt ein solcher COMFET ein als Drain-Zone dienendes ρ -Typ-Siliziumsubstrat 1, eine auf letzterem ausgebildete Hochwiderstandsschicht 2 des η -Typs, p-Typ-Basiszonen 3-1 und 3-2 sowie η -Typ-Sourcezonen 4-1 bis 4-3, die nach einem DSA-Verfahren auf der Oberfläche der η -Schicht 2 ausgebildet (worden) sind. Die Oberflächenbereiche der p-Zonen 3-1 und 3-2 zwischen der η -Schicht 2 und den η -Zonen 4-1 bis 4-3 dienen als Kanalzonen 5-1 bis 5-3. Weiterhin ist eine Gate-Elektrode 7-1 unter Zwischenfügung einer Isolierschicht 6-1 über der η -Zone 4-1, der Kanalzone 5-1 und einem Teil der η -Zone 2 ausgebildet. Eine (weitere) Gate-Elektrode 7-2 ist unter Zwischenfügung einer Isolierschicht 6-2 über den Oberflachen(bereichen) der Kanalzonen 5-2 und 5-3 sowie einer η -Schicht 2 zwischen den η -Zonen 4-2 und 4-3 vorgesehen. Andererseits ist eine Source-Elektrode 8-1 auf den η -Zonen 4-1 und 4-2 sowie der p-Zone 3-1 ausgebildet. Eine (andere) Source-Elektrode 8-2 ist

auf der η -Zone 4-3 und der p-Zone 3-2 vorgesehen, während eine Drain-Elektrode 9 auf dem Substrat 1 (an dessen Unterseite) erzeugt ist. 5

Bei der Ausbildung beispielsweise der p-Zone 3-1 und der η -Zonen 4-1 und 4-2 nach dem DSA-Verfahren wird der die äußerste Seite der zur Ausbildung der p-Zone 3-1 benutzten Maske definierende Abschnitt auch, wie er ist, zur Ausbildung der η -Zonen 4-1 und 4-2 herangezogen. Infolgedessen kann ein Abstand zwischen der äußersten Seite der p-Zone 3-1 und der äußersten Seite der η -Zone 4-1 oder 4-2, nämlich die Länge der Kanalzone 5-1 oder 5-2, auf eine gewünschte Größe in Übereinstimmung mit Diffusionsverfahrensparametern, wie Diffusionszeit, -temperatur und dgl., eingestellt werden.

' Wenn dieser COMFET beispielsweise durchgeschaltet wird, fließen Elektronen von den η -Zonen 4-1 und 4-2 über die Kanalzonen 5-1 bzw. 5-2 in die η -Schicht 2, während gleichzeitig Elektronenmangelstellen oder sog. Löcher vom ρ -Substrat 1 in die η -Schicht 2 injiziert werden. Damit wird eine große Menge Ladungsträger in der η -Schicht 2 gespeichert, so daß deren Leitfähigkeit moduliert oder veränderlich gestaltet werden kann. Die in die η -Schicht 2 injizierten Löcher fließen z.B. in die Source-Elektrode 8-1 über die Bereiche in der p-Zone 3-1 unter den η -Zonen 4-1 und 4-2.

Obgleich der in Fig. 1 dargestellte COMFET einen einem Thyristor ähnlichen Aufbau besitzt, verbindet dabei die Source-Elektrode 8-1 die p-Zone 3-1 elektrisch mit den η -Zonen 4-1 und 4-2, so daß dieser COMFET normalerweise nicht als Thyristor arbeitet.

Dieser COMFET kann so ausgestaltet werden, daß er infolge der Wirkung der veränderlichen Leitfähigkeit bzw. der Leitfähigkeits-Modulationswirkung eine ausreichend hohe Sperrspannung und einen ausreichend niedrigen Durchlaß-Widerstand besitzt.

Wenn jedoch in diesen COMFET, wenn er durchgeschaltet ist, ein großer Strom fließt, erhöht sich der Epannungsabfall in Querrichtung am p-Basis-Widerstandsbereich unter den η -Zonen 4-1 und 4-2. Der Spannungsabfall bewirkt eine Vorwärtsvorspannung der pn-Übergangszone (Sperrschicht) zwischen der p-Zone 3-1 und der η -Zone 4-1 oder 4-2, so daß dieser COMFET damit ähnlich arbeitet wie ein Thyristor. Selbst wenn daher die Spannungen zwischen den Gate-Elektroden 7-1, 7-2 und der Sourceelektrode 8-1 auf 0 V eingestellt sind, tritt dabei ein sog. Latch-up-Effekt ein, so daß der COMFET nicht in den Sperrzustand übergeht.

Zur Lösung dieses Problems werden gemäß Fig. 2 herkömmlicherweise ρ -(Typ)-Zonen 10-1 und 10-2 durch Eindiffundieren von ρ -Typ-Fremdatomen oder -Störstoffen in die Bereiche unter den η -Zonen 4-1 und 4-2 sowie der η -Zone 4-3 ausgebildet. Der Widerstand in Querrichtung im Bereich unter den η -Zonen 4-1 und 4-2 wird aufgrund des Vorhandenseins der ρ -Zone 10-1 verringert. In diesem Fall muß jedoch die Fremdatomkonzentration in den Kanalzonen 5-1 und 5-2 auf einer niedrigen Größe gehalten werden; die Diffusion in Querrichtung der ρ -Zone 10-1 darf daher die Kanalzonen nicht erreichen. Da weiterhin die Diffusionstiefe der ρ -Zone 10-1 groß ist, ist die Länge

3g eines Abschnitts A der Querdiffusion groß, und der Flächenwiderstand im Abschnitt A kann im Vergleich zu dem im Abschnitt B nicht ausreichend klein eingestellt werden, so daß der Widerstand im Bereich von

der Kanalzone 5-1 bis zur Sourceelektrode 8-1 nicht ausreichend klein gehalten werden kann. Infolgedessen kann der Latch-up-Ef fekt des durch die Zonen 4-1, ^- 3-1, 2 und 1 gebildeten parasitären Thyristors nicht unterdrückt werden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer MOS-Transistoranordnung mit veränderlicher Leitfähigkeit, bei welcher der Latch-up-Effekt auch dann wirksam unterdrückt werden kann, wenn ein großer Stromfluß zugelassen wird.

Diese Aufgabe wird durch die im beigefügten Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist eine MOS-Transistoranordnung mit veränderlicher Leitfähigkeit, umfassend ein Halbleitersubstrat des einen Leitfähig-

^j keitstyps, eine auf diesem Substrat ausgebildete Halbleiterschicht einer entgegengesetzten Leitfähigkeit, eine im Oberflächenbereich dieser Halbleiterschicht ausgebildete erste Halbleiterzone des einen (ersten) Leitfähigkeitstyps, eine im Oberflächenbe-

;. ;_; reich der ersten Halbleiterzone der Halbleiter schicht zugewandt ausgebildete zweite Halbleiterzone des entgegengesetzten (anderen) Leitfähigkeitstyps, wobei der Oberflächenbereich der ersten, zwischen der zweiten Halbleiterzone und der Halbleiterschicht liegenden Halbleiterzone eine Kanalzone bildet, eine Gate-Zone mit einer auf zumindest dieser Kanalzone erzeugten Gate-Isolierschicht und einer auf letzterer ausgebildeten Gate-Elektrode sowie eine dritte Halbleiterzone des einen Leitfähigkeitstyps, die in der ersten Halbleiterzone zumindest unter der zweiten Halbleiterzone ausgebildet ist und eine höhere Fremdatomkonzentration aufweist als die erste Halbleiterzone.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand

der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
5

Fig. 1 eine schematische (Teil-)Schnittansicht eines herkömmlichen COMFETs,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines ¹^ COMFETs, bei dem die Latch-Charakteristik

des COMFETs gemäß Fig. 1 verbessert ist,

Fig. 3 .eine schematische (Teil-)Schnittansicht eines COMFETs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Latch-up-Stromkennlinien der COMFETs gemäß Fig. 2 und 3,
20

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung

zwischen dem Verhältnis der Tiefen der

η - und ρ -Zonen nach Fig. 3 und der Menge

an unkompensiertem Bor in dieser ρ -Zone,

Fig. 6 eine schematische (Teil-)Schnittansicht eines COMFETs gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine Fig. 6 ähnelnde Darstellung noch einer

anderen Ausführungsform der Erfindung, ■

Fig. 8 eine Schnittansicht einer Abwandlung des COMFETs nach Fig. 3, bei der die Aushalte- oder Stehspannung gegenüber dem COMFET

gemäß Fig. 3 verbessert ist,

Fig. 9 eine Fig. 8 ähnelnde Darstellung einer weiteren Abwandlung des COMFETs nach Fig. 3 mit verbesserter Aushalte- oder Stehspannung und

Fig. 10 eine den Fig. 8 und 9 ähnelnde Darstellung des COMFETs nach Fig. 6 mit verbesserter Aushalte- oder Stehspannung.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

Fig. 3 veranschaulicht schematisch im Schnitt einen

*° MOS-Transistor mit veränderlicher Leitfähigkeit gemäß der Erfindung. Bei der Herstellung dieses sog. COMMOS-Transistors wird zunächst nach einem Aufwachsverfahren auf einem vorbereiteten ρ -Typ-Siliziumsubstrat 11 eine η -Schicht 12 einer niedrigen Fremdatomkonzentration, eines spezifischen Widerstands von über 50 -Λ-cm und einer Dicke von etwa 100 μπι ausgebildet. Sodann wird die Oberfläche der η -Schicht 12 oxidiert, um eine Gate-Oxid(dünn)schicht 13 zu erzeugen, worauf eine Polysilizium-Gate-Elektrode 14 einer Dicke von etwa 0,5 μπι auf der Gate-Oxidschicht 13 ausgebildet wird. Danach wird die Gate-Elektrode 14 nach einem Ätzverfahren selektiv entfernt oder abgetragen. Hierauf wird unter Heranziehung der restlichen Gate-Elektrode 14 als Maske i_n die η -Typ-Schicht 12 Bor bis zu einer Tiefe von etwa 8 μπι eindiffundiert, wodurch p-Typ-Basiszonen 15-1 und 15-2 erzeugt werden. Anschließend wird nur der mittlere Bereich des durch die Gate-Elektrode 14 festgelegten Fensters mit nicht dargestellten Oxidschichten oder -filmen bedeckt, und es wird unter Verwendung dieser Oxidschichten und der Gate-Elektrode 14 als Maske nach einem Ionenimplantationsver-

15 -2
fahren Arsen (As) in einer Dosis von 5 χ 10 cm in die ρ-Zonen 15-1 und 15-2 implantiert. Die als Maske(n) benutzten Oxidschichten werden entfernt, um ein Resistmuster mit einem Fenster auszubilden, das kleiner ist als das durch die Gate-Elektrode 14 festgelegte Fenster. Sodann wird unter Benutzung dieses Resistmusters als Maske nach einem Ionenimplantations-

15 -2
verfahren Bor in einer Dosis von 1 χ 10 cm in die p-Zonen 15-1 und 15-2 implantiert. Das auf diese Weise hergestellte Halbleitergebilde wird einer Wärmebehandlung unterworfen, und die mit Bor- und Arsenionen gespickten Zonen werden einem Glühverfahren (annealing process) ausgesetzt, um dabei η -Typ-Zonen 16-1, 16-2 und 16-3 sowie ρ -Typ-Zonen 17-1 und 17-2 auszubilden. Da die Diffusionsgeschwindigkeit von Bor größer ist als diejenige von Arsen, bilden sich die ρ -Zonen 17-1 und 17-2 mit einer größeren Tiefe aus als die η -Zonen 16-1 bis 16-3. Auf der Gesamtoberfläche dieses Halbleitergebildes wird nach einem chemischen Aufdampf- bzw. CVD-Verfahren eine nicht dargestellte Oxid (dünnschicht (film) erzeugt, in welcher Kontaktlöcher ausgebildet werden. Nachdem nach einem CVD-Verfahren eine Al-Schicht erzeugt worden ist, wird diese zur Ausbildung einer Sourceelektrode 18 selektiv entfernt. Schließlich wird eine Drainelektrode 20 aus einer V-Ni-Au-Schicht auf der Rückseite (Unterseite) des Substrats 11 ausgebildet.

Andererseits oder wahlweise kann beim vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren auch eine Ionenimplantation ausgeführt werden, um die ρ -Zonen 17-1 und 17-2 zu erzeugen, und nach dem Glühvorgang kann eine Ionenimplantation zur Ausbildung der η -Zonen 16-1 bis 16-3 durchgeführt werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden die p-Zonen 15-1 und 15-2 mit einer Fremdatomkonzentration von etwa 7 χ 10 cm erzeugt, um den (Spannungs-)Schwellenwert dieses COMFETs auf 1 bis 3 V einzustellen, während die ρ -Zonen 17-1 und 17-2 innerhalb der p-Zonen 15-1 bzw. 15-2 tiefer als die η -Zonen 16-1 bis 16-3 ausgebildet werden. Die Dicken (Tiefen) der η -Zonen 16-1 bis 16-3 werden auf weniger als 0,3 μΐη, z.B. auf 0,1 - 0,25 μπι eingestellt. Die Fremdatomkonzentration der ρ -Zone 17-1 unter den η -Zonen 16-1 und 16-2 kann auf eine Größe eingestellt werden, die das Zehnfache oder mehr der Fremdatomkonzentration der p-Zone 15-1 von 7 χ 10 cm entspricht, beispielsweise auf eine

18—3 +
Größe von 5 χ 10 cm . Die ρ -Zone 17-1 kann auch im Bereich nahe der Kanalzonen auf eine hohe Fremdatomkonzentration eingestellt werden, weil die Diffusion in Quer- oder Transversalrichtung kleiner ist. Demzufolge kann der Widerstand zwischen einer Kanalzone 19-1, 19-2 oder 19-3 und der Sourceelektrode 18 sehr klein sein, so daß es möglich wird, einen Strom bei Latch-up auf eine hohe Größe einzustellen. Da die η -Zonen 16-1 bis 16-3 mit einer Dicke von nur etwa 0,2 μπι ausgebildet sind, ist die Injektionswirksamkeit der Ladungsträger aus den η -Zonen 16-1 bis 16-3 in die p-Zonen 15-1 bis 15-2 ziemlich gering, so daß es für diesen COMFET schwierig wird, als Thyristor zu arbeiten. Wie vorstehend beschrieben, kann mit dieser Ausführungsform ein COMFET erhalten werden, der eine hohe Aushalte- oder Stehspannung von über 1000 V und einen ausreichend kleinen Durchlaßwiderstand (z.B. von 0,02JL bei einem Feldeffekttransistor von 1 cm²) besitzt und der auch dann nicht als Thyristor arbeitet oder wirkt, wenn er einen Arbeitsstrom von bis zu 1000 A/cm² führt.

Fig. 4 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Latch-up-Strom und der Temperatur der COMFETs gemäß Fig. 2 und 3 anhand einer gestrichelten bzw. einer ausgezogenen Linie. In den Fällen, in denen die p-Zone 3-1 und die ρ -Zone 10-1 gemäß Fig. 2 mit einer Tiefe von 4 μπι bzw. 7 μΐη und (andererseits) die p-Zone 15-1 und die ρ -Zone 17-1 gemäß Fig. 3 mit einer Tiefe von 4 μπι bzw. 2 μπι ausgebildet sind, betragen die Latch-up-Ströme der COMFETs gemäß Fig. 2 und 3 500 A/cm² bzw. 1000 A/cm² bei 25°C. Der Latch-up-Strom beim COMFET gemäß Fig. 3 ist größer. Gemäß Fig. 4 ist der Latch-up-Strom bei einer Temperatur von 25°C zu 100 (%) vorausgesetzt. Aus Fig. 4 geht hervor, daß sich bei einer Temperaturerhöhung der Latch-up-Strom des COMFETs gemäß Fig. 2 schneller verringert als beim COMFET gemäß Fig. 3. Es wird angenommen, daß dies auf der tiefen Ausbildung der ρ -Zone 10-1 beim COMFET gemäß Fig. 2 beruht, so daß die Fremdatomkonzentration in dem aufgrund der Querdiffusion in der ρ -Zone 10-1 erzeugten Bereich oder Abschnitt kleiner ist als in ihrem mittleren Abschnitt. Der Widerstand des Außenumfangbereichs der ρ -Zone 10-1, der eine niedrige Fremdatomkonzentration besitzt und sich unterhalb der η -Zone 4-1 befindet, variiert nämlich stark in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung, so daß hierdurch der Latch-up-Strom einer erheblichen Variation unterworfen ist. Da andererseits die ρ -Zone 17-1 gemäß Fig. 3 flach ausgebildet ist, ist der durch Diffusion in Querrichtung entstehende Abschnitt kaum vorhanden, und die ρ -Zone 17-1 besitzt über die Gesamtfläche hinweg eine gleichmäßig hohe Fremdatomkonzentration. Der örtliche Bereich der ρ -Zone 17-1 unterhalb der η -Zone 16-1 besitzt daher ebenfalls eine hohe Fremdatomkonzentrat ion, so daß der Widerstand in diesem örtlichen Bereich niedrig ist

und sich in Abhängigkeit von Temperaturänderungen nicht sehr stark ändert. Der Latch-up-Strom dieses COMFETs variiert daher nicht so stark in Abhängigkeit von Temperaturänderungen.

Fig. 5 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Verhältnis X_T(n⁺)/X_(p⁺) einer Tiefe X_T (n⁺ ) der

+ JJ ₊ J

η -Zone 16-1 und einer Tiefe X (p ) der ρ -Zone 17-1 gemäß Fig. 3 und dem Verhältnis A2/A1 einer Menge A2 (cm ) an unkompensiertem Bor im Außenumfangsbereich der ρ -Zone 17-1 unterhalb der η -Zone 16-1, der durch die Ausbildung der η -Zone 16-1 nicht beeinflußt wird, und der Gesamtdosis Al (cm ) an implantiertem Bor.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß in dem Fall, in welchem die Tiefe X_T(n ) der n⁺-Zone 16-1 auf einen Wert von 20 % oder mehr der Tiefe X_(p ) der ρ -Zone 17-1 ein-

gestellt ist, das Verhältnis der Menge A2 an unkompensiertem Bor zur Gesamtbordosis Al kleiner ist als 50 %. Wünschenswerterweise wird X_T(n ) auf weniger

+ ^J

als 20 % von X (p ) eingestellt. Um die Diffusionsstrecke in Querrichtung ausreichend klein, z.B. auf weniger als 2 μπι, zu halten, muß die Diffusionstiefe der ρ -Zone 17-1 auf weniger als 2 μπι unterdrückt werden. Um im Bereich unterhalb der η -Zone 16-1 in der ρ -Zone 17-1 mindestens 50 % der Gesamtbordosis Al zu belassen, ist es andererseits erforderlich, die Diffusionstiefe der η -Zone 16-1 auf weniger als 0,34 μπι einzustellen, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht.

Fig. 6 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines COMFETs gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Dieser COMFET ist ähnlich aufgebaut wie derjenige nach Fig. 3, nur mit dem Unterschied, daß ρ -Typ-Zonen 21-1 und 21-2 in den Oberf lächenbe-

At

reichen der p-Typ-Zonen 15-1 bzw. 15-2 ausgebildet sind und daß anstelle der ρ -Zonen 17-1 und 17-2 eine eingelassene oder gekapselte (embedded) ρ -Typ-Schicht 17-3 unterhalb der η -Zonen 16-1 und 16-2 und eine eingelassene ρ -Schicht 17-4 unterhalb der η -Zone 16-3 ausgebildet sind.

Diese eingelassenen ρ -Schichten 17-3 und 17-4 werden nach der Ausbildung der η -Zonen 16-1, 16-2 und 16-3 in den Oberflächenbereichen der p-Zonen 15-1 und 15-2 mit Tiefen von etwa 0,2 μΐη ausgebildet. P -Typ-Fremdatome oder -Störstoffe werden mit einer Beschleunigungsspannung von etwa 2 00 keV in die Bereiche oder Abschnitte unter den η -Zonen 16-1 und 16-2 sowie der Sourceelektrode 18 sowie in die Bereiche oder Abschnitte unter der η -Zone 16-3 und der Sourceelektrode 18 durch Ionenimplantation eingebracht. Diese Elemente bzw. Zonen werden sodann dem Glühverfahren unterworfen.

Bei dieser Ausführungsform können die Abschnitte in den ρ -Schichten 17-1 und 17-4 unterhalb der ρ -Zonen 21-1 und 21-2 entfernt oder beseitigt werden.

Bei dieser Ausführungsform kann, ähnlich wie bei derjenigen nach Fig. 3, der Widerstand zwischen der Kanalzone 19-1, 19-2 oder 19-3 und der Sourceelektrode 18 ausreichend klein eingestellt werden, und es werden dabei eine hohe Aushalte- oder Stehspannung, ein großer Latch-up-Strom und ein kleiner Durchlaßwiderstand erzielt.

Fig. 7 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines COMFETs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist eine η -Schicht 12A auf dem ρ -Substrat 11 ausgebildet, und die η -Schicht 12

-"35 098

ist auf der η -Schicht 12A erzeugt. Die ρ -Zonen 30-1 und 30-2 sind in den Oberflächenbereichen der η -Schicht 12 erzeugt, und eine η -Schicht 31 ist nach einem Aufwachsverfahren auf der η -Schicht 12 und den ρ -Zonen 30-1 und 30-2 ausgebildet. Weiterhin werden in der epitaxialen η -Schicht 31 p-Schichten 32-1 und 32-2 so erzeugt, daß sie die ρ -Zonen 30-1 und 30-2 erreichen. Danach werden ρ -Zonen 33-1 und 33-2 in den p-Zonen 32-1 bzw. 32-2 ausgebildet, während η -Zonen 34-1, 34-2 und 34-3 in den Oberflächenbereichen der p-Zonen 32-1 und 32-2 erzeugt werden.

Bei dieser Ausführungsform kann aufgrund des Vorhandenseins der ρ -Zonen 30-1 und 30-2 der jeweilige Widerstand unter den η -Zonen 34-1 bis 34-3 ebenfalls deutlich gesenkt werden. Infolgedessen kann bei diesem COMFET auch bei einer Erhöhung des Betriebs- oder Arbeitsstroms die Latch-up-Erscheinung kaum auftreten.

Fig. 8 zeigt eine Abwandlung des COMFETs gemäß Fig. 3. Diese Abwandlung besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie die Ausführungsform nach Fig. 3, nur mit dem Unterschied, daß sie auch ρ -Zonen 41-1 und 41-2 sowie die η -Schicht 12A aufweist. Die ρ -Zonen 41-1 und 41-2 werden durch Diffusion von den Mittelabschnitten der Oberflächenbereiche der ρ -Zonen 17-1 und 17-2 aus mit einer größeren Tiefe als derjenigen der p-Zonen 15-1 und 15-2 ausgebildet. Durch diese Ausbildung der tiefen ρ -Zonen 41-1 und 41-2 unter den Sourceelektroden 18 kann die Aushalteoder Stehspannung dieses COMFETs angehoben werden.

Fig. 9 veranschaulicht eine andere Abwandlung des COMFETs gemäß Fig. 3. Diese Abwandlung besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie die Ausführungs-

form nach Fig. 3, nur mit dem Unterschied, daß sie außerdem ρ -Zonen 42-1 und 42-2 aufweist, die durch Diffusion von den Oberflächenbereichen der ρ -Zonen 17-1 und 17-2 aus mit einer größeren Tiefe als die p-Zonen 15-1 und 15-2 ausgebildet sind. Da die ρ Zonen 42-1 und 42-2 mit Fremdatomkonzentrationen von z.B. weniger als 1 χ 10 cm hergestellt sind, haben die ρ -Zonen 42-1 und 42-2, auch wenn sie dicht an den Kanalzonen 19-1 bis 19-3 ausgebildet sind, kaum einen (ungünstigen) Einfluß auf die Kanalzonen 19-1 bis 19-3. Durch das Vorhandensein der ρ -Zonen 42-1 und 42-2 kann somit die Aushalte- oder Stehspannung dieses COMFETs erheblich verbessert werden.

Fig. 10 veranschaulicht eine Abwandlung des COMFETs gemäß Fig. 6. Diese Abwandlung besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie die Ausführungsform nach Fig. 6, nur mit dem Unterschied, daß sie zusätzlich ρ -Zonen 43-1 und 43-2 aufweist, die durch Diffusion von den Mittelabschnitten der Oberflächenbereiche der p-Zonen 15-1 und 15-2 aus mit einer größeren Tiefe als die p-Zonen 15-1 und 15-2 ausgebildet sind. Aufgrund dieser tiefen ρ -Zonen 43-1 und 43-2 unter den Sourceelektroden 18 kann scmitein COMFET mit einer hohen Aushalte- oder Stehspannung erhalten werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich keineswegs auf die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 6 und 7 können beispielsweise die ρ -Zonen 21-1 bzw. 33-1 so ausgebildet sein, daß sie mit den ρ -Zonen 17-3 bzw. 30-1 in Berührung oder Kontakt gelangen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 kann eine p~ -Zone niedriger Fremdatomkonzentration, wie die ρ -Zone 42-1 gemäß Fig. 9, mit einer großen Tiefe ausgebildet sein. Weiterhin kann bei der Ausführungs-

form gemäß Fig. 9 die ρ -Zone 42-1 so ausgebildet sein, daß sie in die Kanalzonen 19-1 und 19-2 eindringt.
5

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen wird jeweils die ρ -Schicht 11 als Grund-Halbleiterkörper verwendet. Es ist jedoch auch möglich, die η -Schicht 12A und die ρ -Schicht 11 durch Diffusion auf der und über der η -Schicht 12 zu erzeugen und diese η -Schicht 12 als Grund-Halbleiterkörper zu benutzen.

- Leerseite -

Claims

P atent an Sprüche

MOS-Transistoranordnung mit veränderlicher Leitfähigkeit, umfassend eine erste Halbleiterschicht (11) des einen Leitfähigkeitstyps, eine zweite Halbleiterschicht (12) eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die in Berührung oder Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (11) ausgebildet ist, eine im Oberflächenbereich der zweiten Halbleiterschicht (12) ausgebildete erste Halbleiterzone (15-1, 15-2; 32-1, 32-2) des einen (ersten) Leitfähigkeitstyps, eine im Oberflächenbereich der ersten Halbleiterzone (15-1, 15-2; 32-1,32-2) ausgebildete, der zweiten Halbleiterschicht (12) zugewandte, zweite Halbleiterzone (16-1 bis 16-3; 34-1 bis 34-3) des entgegengesetzten (anderen) Leitfähigkeitstyps, wobei der Oberflächenbereich der ersten Halbleiterzone (15-1, 15-2; 32-1, 32-2) zwischen der zweiten Halbleiterschicht (12) und der zweiten Halbleiterzone (16-1 bis 16-3; 34-1 bis 34-3) eine Kanalzone (19-1 bis 19-3) bildet, eine Gate-Zone mit einer zumindest auf der Kanalzone (19-1 bis 19-3) erzeugten Gate-Isolierschicht (13) und eine auf der Gate-Isolierschicht (13) ausgebildete Gate-Elektrode (14), gekennzeichnet durch eine dritte Halbleiterzone (17-1, 17-2; 17-3, 17-4; 33-1, 33-2) des einen (ersten) Leitfähigkeitstyps, die in der ersten Halbleiterzone (15-1, 15-2; 32-1, 32-2) zumindest unter der zweiten Halbleiterzone (16-1 bis 16-3; 34-1 bis 34-3) ausgebildet ist und eine höhere Fremdatomkonzentration besitzt als die erste Halbleiterzone (15-1 bis 15-3; 32-1 bis 32-3) .
2. MOS-Transistoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Halbleiterzone (17-1, 17-2; 33-1, 33-2) mit einer Tiefe entsprechend dem Fünffachen oder mehr der Tiefe der zweiten Halbleiterzone (16-1 bis 16-3; 34-1 bis 34-3) ausgebildet ist.
3. MOS-Transistoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterzone (16-1 bis 16-3; 34-1 bis 34-3) mit einer Tiefe von nicht mehr als 0,3 μπι ausgebildet ist.
4. MOS-Transistoranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine vierte, den einen (ersten) Leitfähigkeitstyp besitzende Halbleiterzone (41-1, 41-2; 42-1, 42-2; 43-1, 43-2), die von der Oberfläche der ersten Halbleiterzone (15-1, 15-2; 32-1, 32-2) aus ausgebildet und tiefer als die erste Halbleiterzone (15-1, 15-2; 32-1, 32-2) ist.
5. MOS-Transistoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Halbleiterzone (42-1, 42-2) eine geringere Fremdatomkonzentration besitzt als die erste Halbleiterzone (15-1, 15-2) .

30

35