DE2048482A1

DE2048482A1 - Feldeffekttransistor mit kurzem Kanal

Info

Publication number: DE2048482A1
Application number: DE19702048482
Authority: DE
Inventors: William Ernest Scotia N Y Engeler (V St A) HOIj
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-10-03
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1971-04-15
Also published as: GB1302059A; JPS509474B1; FR2064129A1; IE34535B1; NL96608C; NL7014432A; IE34535L; FR2064129B1; US3685140A

Description

2043482

Ραίβηίαην

Df-lng. WiiliGi^i F.eicliel

Wli EAl

Dipl-Ing. Woli«
6 Frankfuii a M. 1
Parksiraße 13

6431

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, NiY., V.St.A. Feldeffekttransistor mit kurzem Kanal

Dfe vorliegende Erfindung bezieht sich auf verbesserte Feldeffekt transistoren und Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit selbstausgerichteten Feldeffekt transistoren, die eine- außergewöhnlich geringe Kanallänge aufweisen.

Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate weisen gewöhnlich zwei Zonen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp auf, die sich an einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers vom ersten Leitfähigkeitstyp befinden, wobei diese beiden voneinander getrennten Zonen,die als Sourcezone (Quellenzone) und als Drainzone (Senkenzone) bekannt sind, durch eine Kanalzone geringer Abmessung voneinander getrennt sind, über der sich eine überlappende Gateelektrode (Steuerelektrode) befindet. Die Leitfähigkeit zwischen den beiden Zonen wird durch die oberflächennahen Teile der Kanalzone zwischen den beiden Zonen hergestellt. Der Oberflächenkanal wird mit Hilfe eines Potentials, welches der Gateelektrode zugeführt wird, verändert und moduliert. Die Länge (Längsausdehnung in Trenr richtung) des Kanals zwischen den beiden Zonen bildet einen äußeret wichtigen Parameter beim Betrieb eines Feldeffekttransistors. Für eine vorgegebene Kanalbreite ist die Steilheit (transconduotance) umgekehrt proportional zur Länge des Kanals. Deshalb kann ein Bauelement mit einer vorgegebenen

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Steilheit kleiner ausgeführt werden, wenn die Länge des Kanals vermindert werden kann. Dadurch würde nicht nur die Gatekapazität direkt vermindert, sondern es würden auch die Zuleitungskapazitäten zwischen zusammengehörigen Schaltungselementen in einer integrierten Schaltung vermindert. Außerdem könnten kleinere Bauelemente gedrängter angeordnet werden, was zu einer im allgemeinen besseren Ausbeute führt. Ba ferner die Grenzbetriebsfrequenz des Feldeffekttransistors durch die Kanalvjaufzeit begrenzt ist, welche- proportional zur Kanallänge ist, kann durch die Verminderung der Kanallänge die Arbeitsgrenzfrequenz erhöht werden«

Bei bekannten Feldeffekttransistorbauelementen ist jedoch die Kanallänge auf etwa 10 Mikron begrenzt. Dies ergibt sich insbesondere durch die Toleranzen bei der Ausrichtung/von Mösken, Ein Verfahren, nachdem die Gateelektrodenlänge erheblich vermindert wird, ist in der deutschen Patentschrift ·-·

(OS 1 803 024) beschrieben. Feldeffekttransistoren, die nach den Verfahren in der obigen Patentschrift hergestellt sind, haben Kena Hängen von nur 3 Mikron· Nach fotolithografiechen Verfahren können auch noch kürzere Kanallängen erzielt werden, jedoch ist dies sehr schwierig und unsicher; die Grenze bildet dabei daa A uf I'd β Sungs vermögen der fot ο lithografischen Maske.

Mit stärker werdendem Wunsch Vakuumröhren und bipolare Transistoren durch Feldeffekttransistoren zu ersetzen, ergibt sich die Notwendigkeit nach Feldeffekttransistoren mit großen Verstärkungs- Bandbreite*3rodukten und großer Steilheit.

Es ist deshalb Ziel der Erfindung einen verbesserten feldeffekttransistor zu schaffen, der größere Verstärkungs-Bandbreiten-Produkte, größere Steilheit und kleinere Abmessungen aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin ein Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren zu schaffen, bei αβιβφΐβ Kanallänge., nicht durch fotolithografieche Verfahren begrenzt

iet ■ ■

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20Α3Λ82

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Feldeffekttransitoren zu schaffen, die außergewöhnlich kurze Kanallangen haben.

Noch ein weiteres Ziel ist es, integrierte Schaltungen zu schaffen, die Feldeffekttransistorbauelemente mit kurzem Kanal enthalten.

Wieder ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von isolierten Widerstandselementen zu schaffen, die entweder einen Teil einer integrierten Schaltung bilden oder als diskrete Bauelemente verwendet werden.

Die oben genannten Ziele der Erfindung lassen sich dadurch erreichen, daß ein Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit kurzer Kanalzone dadurch gekennzeichnet ist, daß eine isolierte Gateelektrode über einer Halbleiterplatte gebildet wird, die einen großen Bereich eines ersten Leitfähigkeit st yps aufweist, was eine kurze Kanalzone von entgegengesetztem Leitfähigkeitatyp an der Oberfläche der Platte unter einem Rand der isolierten Gateelektrode gebildet und gegenüber dieser ausgerichtet wird, und daß elektrische Kontakte an den Zonen von verschiedener leitfähigkeit und an der Gateelektrode gebildet werden.

αem erfindungsgemääea Terfahron zur Herstellung von feld« ™.r„5icttransistoren bestirsarc &in Hand risr Peidel^ir-:- Ie :ie Frenzen der Sourcezone, er Driinzcne. «er ^in&lj,:ra ^%ei icn speziellen Diffus ions be α * : *n_e?n* 5emai3 j^is^ *.xci .._"* . '3 c ·:, der ~ii*f indung wird eina - ,el strode Metsil auf einer minnen ^rz\ Ist lisUt e aiiit.^ Halbleiterplatte . ;t Λ ¹Si 'V

i'äfc:-:gkeitstyps liegt una a<i3 r,?s Metall ««u * i'c''- ,'«jrsiii - ;<a ?e-r:^:.aaren mit einem Mus"·-=*? verseilen wirc> "_Ja fi; . , "^- .^-_k ^rste ¥sr mir ein igung dur^^ lit- 4-Unne V1äoc_itoöi:. , - iii^ "^ ^v " leitsrgrundkörper neben·ιΐβ; dta Kanal 3eeflrQ<j:iwör j-,

βindiffunufert aesit use ' -rnac "? ,^ - »c

efttateht. Anschließend wird in die erste diffundierte Zone eine Verunreinigung von einem zweiten Leitfähigkeitstyp eindiffundiert und zwar ebenfalls neben dem den Kanal bestimmenden Rand der Gateelektrode, damit eine Drainzone gebildet wird. Der den Kanal bestimmende Rand der Gateelektrode bestimmt daher den Ausgangspunkt der beiden Diffusionswege in die Halbleiterplatte· Die Länge des Kanals zwischen der auf diese Weise gebildeten Sourcezone und Drainzone entspricht dem Unterschied in der Ausdehnung der seitlichen Diffusion unter der Gateelektrode. Da Diffusionstiefen bis auf Bruchteile eines Mikron nach dem bekannten Verfahren steuerbar sind, lassen sich Kanalzonen von weniger als 1 Mikron bilden. Nach dem gleichen Verfahren lassen sich auch isolierte Widerstandselemente, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden, herstellen.

Gemäß einer anderen Aueführungsform der Erfindung werden Feldeffekttransistoren auf einer Halbleiterplatte hergestellt, die einen dicken Oxidüberzug aufweist, wobei eine Gateelektrode über einem Bereich mit einer dünneren Oxidschicht liegt. Durch die dünne Oxidschicht wird an dem den Kanal bestimmenden Rand der Gateelektrode ein Loch geätzt, und es werden Verunreinigungen durch dieses Loch eindiffundiert, so daß Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform bestimmt der Oxidrand unter der Steuerelektrode die seitliche Ausdehnung der Diffueionswege und bestimmt die Lage der kurzen Kanalzone. ,

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Feldeffekttransistoren werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Figur 1 ein Diagramm der Herstellungsschritte bei einem Verfahren zur Herstellung eines Feldeffektransistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

1 0 C I ■ - /Ί G 7

2C484g2

Figur 2a bis 2k

eine Reihe schema tischer Darabellungen eines Querschnitts durch eine Halbleiterscheibe bei der Herstellung eines Peldeffektfcranaistors nach einem Verfahren, wie es in dem Diagramm der Verfahrensschritte nach Figur 1 beschrieben ist, wobei jede Darstellung einen Verfahrensschritt des Diagramms nach Figur 1 entspricht,

Figur 3 ein Diagramm der Verfahrensschritte eine3

Verfahrens zur Herstellung eines Feldeffekttransistors gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Figur 4a bis 4 1 eine Reihe von schematischen Darstellungen

und Schnitten durch eine Halbleiterplatte in einem Herstellungsverfahren eines Feldeffekttransistors gemäß dem Verfahren nach dem Diagramm in Figur 3, wobei jede Darstellung einen Verfahrensaohritt injdem Diagramm nach Figur 3 entspricht,

Figur 5

Figur 6 und 7

Figur 8

eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts durch einen den Kanal bestimmenden Rand der Gateelektrode und durch die kurze Kanalzone,

eine schematische Ansicht eines Feldeffekttransistors von oben, der nach einem Verfahren der Diagramme nach den Figuren 1 oder 3 hergestellt ist,

eine schematiache Anoicht elnea Feldeffekttransistors von oben, der nach einem Verfahren, wie sie in den Diagrammen nach Figur 1 und 3 dargestellt sind, mit einem Lastwiderstand hergeatellt iat,

1 οati ι ο Ai :g7

2l)484g2

Figur 9 ein schematisches Schaltbild der Schaltung

' nach Figur 8 und

Figur 10 ein scheraatischea Schaltbild zweier direkt

miteinander verbundener Feldeffekttransistoren, die eine integrierte Verstärkerschaltung bilden.

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2U4848

In den Figuren 1 und 2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines einzigen Feldeffekttransistors ausführlich dargestellt; e's könnten jedoch und es werden tatsächlich gewöhnlich mehrere Feldeffekttransistoren auf die gleiche Weise zur gleichen Zeit hergestellt. Es sei ferner bemerkt, daß die Figuren schematische Darstellungen zeigen und nicht notwendigerweise wahre Dimensionen oder Proportionen darstellen, da ein sehr weiter Dimensionsbereich vorliegt. Obgleich erfindungsgemäß viele Halbleiterwerkstoffe, wie beispielsweise Germanium, Galliumarsenid, usw. verwendet werden können, wird die folgende Beschreibung der Einfachheit/halber anhand der Herstellung von Siliciumbauelementen vorgenommen. "

Zu Beginn des Verfahrens wird eine geeignet preparierte Siliciumplatte 10 in ein Reaktionsgefäß eingegeben und für etwa 24 Stunden in einer trocknen reinen Daueratmosphäre auf einer Temperatur 1000⁰C bis 1200⁰C gehalten, damit eine thermisch gewachsene Siliciumdioxidschicht 11 mit einer Stärke von etwa 1 Mikron gebildet wird. Nach der Herateilung durch thermisches Wachstum kann das Oxid, welches häufig auch Feldoxid genannt wird, in einer inerten Atmosphäre beispielsweise in Helim geglüht werden, damit die Oxid-Siliciumgrenzflache verbessert wird.

Nach der Fertigstellung der Siliciumdioxidschicht 11 auf der Platte 10 wird dann in der Siliciumdioxidschicht ein Muster ausgebildet, in dem vorgewählte Teile der Schicht durch ein Ätzmittel weggeätzt werden, welches mit dem Siliciumdioxid reagiert, beispielsweise wie gepuffertes HF. Daa Muster kann beispielsweise eine Fläche voi
Siliciumkörpers 10 einnehmen.

—? ρ

beispielsweise eine Fläche von 5 · 10 mm · 5 · 10 mm dea

Nach Herstellung des Musters in der dicken Siliciumdioxidschicht wird die Platte nachxoxidiert um eine dünnere Siliciumdioxidschicht 13 mit einer Stärke von beispielsweise 1000 S. oder weniger innerhalb der durch das Muster 12 gegebenen öffnung vorzusehen. Diese dünne Oxidschicht 13 die gewöhnlich als Gateoxid bezeichnet wird, kann in der gleichen Weise hergestellt werden wie das

Feldoxid, jedoch wird dabei die Silioiumplatte für eine kürzere Zeit, beispielsweise für eine oder zwei Stunden auf einer erhöhten Temperatur gehalten. .

' Nach der Herstellung der Gateoxidschicht 13 wird der Silioiumkörper mit einer leitenden Schicht 14 aus einem, hitzebeständigen Metall, beispielsweise aus Molybdän oder.Wolfram überzogen, wobei ein derartiges Metall gute Adhäsionseigenschaf ten an dem Siliciumdioxid aufweist und bei Diffusionstemperaturen, d.h. bei 100O⁰C bis 110O⁰C gegenüber der Siliciumdioxidschicht-chemisch inert ist. Eine solche leitende Schicht 14 kann beispielsweise auf der Oberfläche des Siliciuffldioxids durch Zerstäuben einer Molybdän-Auftreffelektrode in einer Triodenglimmentladung in Argon von 0,015 Torr für

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beispielsweise 15 Minuten gebildet werden, wobei der Halbleiterkörper auf einer Temperatur von etwa 400⁰C gehalten ist nach einer Zerstäubung für etwa 15 Minuten hat sich eine dünne Wolframschicht 14 gebildet, die beispielsweise eine Stärke von 5000 £ aufweist. Die Stärke der Wolframschloht läßt sich in weiten Grenzen ändern und sie kann in einfacher Weise durch die Länge der Zeit, der die Halbleiterplatte dem zerstäubten hitzebeständigen Metall ausgesetzt wird, gesteuert werden« Bs laasen eich auf diese Weise Schichten mit einer Stärke von 100 £ bis 10000 S herstellen und bei der erfindungsgemäflen Anordnung verwenden«

Neben den hitzebeetändigen Metallen können auch andere stabile nichtreagierende leitende Werkstoffe verwendet werden. Beispielsweise könnte niedergeschlagenes Silicium für die leitende Schicht 14 verwendet werden. Dementsprechend ist eine Begrenzung auf Metalle allein nicht notwendig,sondern es lassen sich vielmehr irgendwelche leitenden Werkstoffe verwenden, die alt der Isolierschicht bei Dlffueelonetemperatüren nicht reagieren und die als Diffusionemaeke wirken können. ^:a

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Nach Herstellung der Molybdänschicht Ή wird in dieser ein Muster ausgebildet, in dem vorgewählte Teile dieser Schicht mit einem Ätzmittel weggeätzt werden, welches mit der leitenden Schicht derart reagiert, daß es diese auflöst, welches jedoch mit den Passivierungs- oder Isolierschichten 11 und 15 nicht reagiert. Zur Herstellung des Musters werden die üblichen fotolithographischen Verfahren angewendet, bei denen ein fotoresistives Materialjverwendet wird und entsprechend belichtet wird. Geeignete fotoresistive Materialien sind gut bekannt und von der Firma Eastman Kodak Company in Rochester, New York, erhältlich, wobei eines dieser .fotores:ist.iven„Mäterialien unter dem Namen "KPH" verkauft wird. Das fotoresistive Material wird gleichförmig aufgebracht, beispielsweise durch Beschichten der Oberfläche der leitenden Schicht und es wird anschließend eine geeignete Maske mit dem Muster, welches auf der Molybdänschicht gebildet werden soll, darüber angeordnet. Die mit fotoresistivem Material bedeckte Platte wird dann durch die fotoresistive , Maske mit ultraviolettem Licht belichtet, wobei diejenigen Bereiche, die stehen bleiben sollen, belichtet werden, während die Bereiche, die entfernt werden sollen, durch die Maske abgedeckt sind. Nach der Belichtung des fotoresistiven Materials wird die Halbleiterplatte in einen geeigneten Entwickler getaucht, beispielsweise in einen fotoresistiven Entwickler der lirme Eastman Kodak Company, damit das nicht belichtete foto- · resistive Material entfernt und weggelöst wird, während die belichteten Bereiche des fotoresistiven Materials stehen bleiben.

Nach dem Entwickeln werden das fotoresistive Material und die Halbleiterplatte für etwa 40 Minuten auf einer Temperatur von 15O⁰Q gehalten, um das fotoresistive Material derart auszuhärten, daß es als Ätzmaske verwendet werden kann. Nach dem Aushärten wird die Schicht in ein für die leitende Schicht geeignetes Lösungsmittel eingetaucht. Bei Verwendung einer Moljb« dänsehicht kann ein . .· Orthophosphorsäure-Lösungsmittel verwendet werden, welches aus einer Mischung von 76 Vol.# Orthophosphorsäure 6 Vol.# Eisessig, 3 Vol.# Salpetersäure und 15 Vol.# Wasser besteht. Sa das Ortophosphörsäure enthaltende

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Itzmittel die Molybdänschicht mit einer Geschwindigkeit von etwa 5000 S/min entfernt, bestimmt die Dicke der Molybdänsohiöht die Länge des Ätzpfads; die unmaskierten Bereiche der Molybdänschicht mit einer Dicke von etwa 5000 ^+werden etwa in 1 min entfernt.

Die geätzte Molybdänschieht 14 die eine im wesentlichen rechteckförmige Gestalt 15 hat, wobei sie einen den Kanal begrenzenden R_and 15a aufweist, befindet sich auf der dtinnen Oxidschicht 13,-wie es in Figur 2f dargestellt ist·

Nach der Ausbildung des, Musters in der Molybdänsohioht wird eine geeignete mit Aktivatoren dotierte Schicht 16 daraufaufgebracht. Da bei der vorliegenden Ausftihrungsform die Halbleiterplatte 10 p-leitend ist und diese Platte als Source-Zone (Quellenzone) verwendet wird, ist es notwendig "Grundkörper"- und Drain (Senken)-Zonen darin vorzusehen, die vom entgegengesetzten Leitfähigkeitetyp sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß ein mit Donatoren dotiertes Isoliermaterial auf der mit Muster versehenen Molybdänschioht beispielsweise mit Phosphor dotiertes Siliciumdioxidglas niedergeschlagen wird. Diee kann beispielsweise durch die Pyrolyse von Äthylorthosilikat- und Triäthylphosphatdämpfen in einem Volumenverhältnis von 10 ϊ 1 erreicht werden. Um dies zu erreichen wird Argongas in Blasen mit einer Geschwindigkeit von 0,2 rnvstd. (7 Kubikfuß pro Stunde) durch Ä'thylorthosilikat und mit einer GeschwindIgkeit von 0,02 m /std. (0,7 Kubikfuß pro Stunde) durch Triäthy!phosphat geleitet. Die sich ergebenden Dämpfe werden gemischt und mit einer Gesamtströmungsgeschwindigkeit von 0,22 r/stä. (7»7 Kubikfuß/pro Stunde) über die Siliciumplatte geleitet· Ifmm man die Siliciumplatte auf einer Temperatur von 800⁰C hält, dann reichen etwa 3 min aus, um eine 1000 £ starke Schicht 16 aus mit Phosphordotiertem Siliciumdioxid herzustellen. Me Konzentration des Phosphors in dem Siliciumdioxid^!»! und entsprechend die Konzentration des Phosphors, welches in die Silioitimplatte eindiffundiert wird, läßt sich dadurch verändern_t d,S dar Strom dee Argons über die Abgabequelle von YprunreinigungBötoffen

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eingestellt wird. Es können natürlich auch andere Quellen für das Phosphor verwendet werden, beispielsweise Phosphoroxychlorid, PQG1. Es können natürlich auch anderepnatordotierungsmittel, wie beispielsweise Arsen, Antimon und Vismut verwendet werden.

Nach der Ablagerung des mit Donatoren dotierten Isoliermaterials auf der Oberfläche der Halbleiterplatte wird als nächstes ein mit Akzeptoren dotiertes Isoliermaterial, beispielsweise eine mit Bor dotierte Schicht aus Siliciumdioxid durch pyrolytische Ablagerung aus einer Mischung von Argon welches mit Ä'thylorthosilikat gesättigt ist und eine geringere Menge von Tri- " äthylborat enthält, niedergeschlagen. Dies kann dadurch erreichtwerden, daS trocknes Argongas in Blasen mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,2 ar/std. (7 Kubikfuß pro Stunde) über Äthylorthosilikat geleitet wird und daß trocknes Argongas in Blasen mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,02 m /Stunde (0,7 Kubikfuß . pro Stunde) über Triätiilyborat geleitet wird und daß die beiden zusammengesetzten Ströme mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,22 mVstunde (7,7 Kubikfuß pro Stunde) über den Halbleiterkörper geleitet werden, der für etwa 3 min auf einer Temperatur von 800°C gehalten ist. Auf diese Weise wird eine dünne Schicht 17 aus mit Bor dotiertem Siliciumdioxid mit einer Stärke von etwa 1000 £ auf der mit Phosphor dotierten Silicium- g dioxidechieht 16 gebildet. Me mit Bor dotierte Siliciumdioxid« schicht 1? wird dann durch Maskieren, Belichten und Ätzen in bekannter Weise mit einem Muster versehen, so wie es bereite oben beschrieben worden ist, damit T'ein Bereich 18 eines solchen Musters entsteht, wit es in 3?igur 21 dargestellt ist* Es können selbstverständlich auch andere Aktzeptorao'&iertingeaittel» beispielsweise Aluminium, Gallium und Indiua verwendet -werden» . *

Die Halbleiterplatte wird dann "beispielsweise Tür aüwa 15 Standen auf einer fsaasratur von HOO⁰O gehalten, um ^n ;.... .,. ;a<?n äer ■ Phosphor a to aus zu er möglicher., -die .durch die ι inne -«.*}··" -;■]* schickt 13 .^indurohwendern'und in die 3i

eindiffundieren, so daß eine "Grundkörper"-Zone 19 vom n-leitfähigkeit styp gebildet wird. Wie man anhand von Figur 2j erkennt tritt auch eine seitliche Diffusion auf, wodurch sich die η-leitende Zone auch unter den den Kanal begrenzenden Rand 15a der Gate-Elektrode erstreckt. Während dieser gleichen Diffusionszeit wandern die Boratome in dem seinem Muster gehörenden Bereich 18 auch durch die Oxidschicht 13 und bilden eine p-leitende Zone 20 in der Grundkörperzone 19. Wie man auch in Figur 2j erkennt,entsteht eine kurze η-leitende Zone 21 unter dem den Kanal begrenzenden Rand 15a der Gateelektrode. Diese kurze η-leitende Zone 21, die zwischen den beiden T-leitenden Zonen 10 und 20 gebildet ist und die den Kanal zwischen der Sourcezone 10 und der Drainzone 20 bildet ,ist gegenüber der Gateelektorde ausgerichtet. Die Ausrichtung des kurzen Kanals 21 gegenüber der Gateelektrode 15 ergibt sich aus der Herstellung

'der Grundkörperzone 19 und der Drainzone 20 die in unterschiedlichem Maße durch seitliche Diffusion unter den den Kanal be-

, grenzenden Rand der Gateelektrode gebildet werden.

In Figur 5 ist in weiteren Einzelheiten die Ausrichtung des den Kanal bestimmenden Rands 15a gegenüber der darunterliegenden an die Oberfläche angrenzenden Kurzen Kanalzone 21 dargestellt. Wie man sieht, ist das Ausmaß der seitlichen Diffusion für die Grundkörperzonen 19 die Drainzone 20 unter der Gateelektrode 15 bestimmt durch die Kurvenradien R* und Rp ,die von dem den Kanal begrenzenden Rand 15a ausgehen. ·

Die Länge der Kanalzone zwischen der Drainzone und der Sourcezone hängt von der Dicke der mit Phosphor dotierten und mit Bor dotierten Siliciumdioxidgläser und den Diffusionszeiten ab. Je dicker das dotierte Glas ist, desto breiter ist der Kanal. Beispielsweise erzeugt eine 0,'2 Mikron starke Schicht aus mit Phosphor dotiertem Siliciumdioxid, die durch eine 0,2 Mikr^on starke Schicht aus mit Bor dotiertem Siliciumdioxid diffundiert ist, welche von einer 0,2 Mikron starken Schicht aus undotiertem Siliciumdioxid bedeckt ist, nach einer zweistündigen Diffusion bei 1100⁰C eine 0,7 Mikron lange Kanalzone. Längere Kanalzonen

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kann man erhalten, indem man entweder dickere Schichten verwendet oder indem man das erste Dotierungsmittel in die Halbleiterplatte vor der Ablagerung des zweiten Dotierungsmittels eindiffundiert. Getrennte Diffusionsschritte sind im allgemeinen auch dann notwendig, wenn leicht dotierte Schichten aus Phosphorglas verwendet werden, weil diese Schichten die dünne Gateoxidschicht 13 nur lang>ssam durchsetzen. Ferner ist die Konzentration der Verunreinigungen in den verschiedenen Diffusionszonen bestimmt durch die Konzentration des Dotierungs-

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mittels in dem Siliciumdioxid. Konzentrationen von 10 bis zur Löslichkeitsgrenze lassen sich auf die oben erwähnte Weise erreichen. In jedem Fall ist jedoch die kurze Kanalzone 21 mit dem den Kanal bestimmenden Rand 15a ausgerichtet.

Um die Herstellung des Feldeffekttransistors der oben be- - schriebenen Ausführungsform abzuschließen iv/ird die diffundierte, oxidbeschichtete Halbleiterplatte mit einer Maske mit Hilfe von fotoresistivem Material und bekannten ÄtzverfahTQi versehen, wie es anhand der Herstellung der Muster in den Molybdän und Phosphorschichten beschrieben ist und es werden kleine Öffnungen durch die Oxidschicht zu der Gateelektrode , der Trainzone und der Grundkörperzone geätzt. Die Halbleiterplatte wird dann in ein Ätzmittel für das Siliciumdioxid eingetaucht, beispielsweise in eine gepufferte HF-LöBung, die einen Volumenteil konzentrierte HF und 10 VoIu-' menteile einer 40 $igen Lösung aus NH. F enthält. Dieses Ätzmittel ätzt das Siliciumdioxid mit einer Geschwindigkeit von etwa 1000 S/min hinweg und damit kann das Ätzverfahren für eine genügend lange Zeit fortgesetzt werden,um die gewünschte Stärke des Silioiumdioxids wegzuätzen,, ohne den übrigen Teil der Halbleiterplatto in unerwünschter Weise zu verunreinigen.

In Figur 2k sind Öffnungen 22, 23 und 24 dargestellt, die zu der Steuerelektrode, der Drainzona und dar Grundkörperzone hindurchgeätzt sind.

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Nach dem Einätzen der Öffnungen 22, 23 und 24 kann die vollständige Halbleiterplatte metallisiert werden, wobei das Metall, das in die jeweiligen Öffnungen eindringt,Kontakt macht mit der Gateelektrode, der Drainzone und der Grundkörperzone. Eine solche Metallisierung kann beispielsweise durch Vakuumaufdampfung von Aluminium vorgenommen werden. Nach der Metallisierung wird die dabei gebildete Aluminiumschicht mit Hilfe von fotoresistivem Material und einem entsprechenden Ätzvorgang mit einem Muster versehen, damit nur begrenzte Bereiche der Aluminiumschicht, die dem Steuerelektrodenkontakt 25, dem Drainkontakt 26 und dem Grundkörperkontakt 27 entsprechen, stehen bleiben. Ein geeignetes Ätzmittel für Aluminium ist ein Orthophosphorsäure-Ätzmittel, welohes eine Mischung von 76 Vol.$ Orthophosphorsäure, 6 Vol.$ Eisessig, 3 Vol.# Salpetersäure und.15 Vol.$ Wasser enthält.

Der Ätzvorgang kann für etwa 90 Sekunden durchgeführt werden. Mit jeder dieser Kontaktflächen kann ein elektrischer Konfekt, beispielsweise durch Thermokompressionsschweißen hergestellt werden, oder er kann dadurch hergestellt werden, daß diese Bereiche auf eine andere Größe auf dem gleichen Grundkörper ausgedient werden. Die Quellenzone des Feldeffekttransistors ist durch den ursprünglich leitenden Teil der Halbleiterplatte 10 gebildet. und folglich kann ein Kontakt mit dieser Zone dadurch gebildet - werden, daß die Halbleiterplatte 10 beispielsweise an einem goldplattierten Kopfstück festlegiert wird. . . ' ·

Die obige Beschreibung ist auf ein Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit kurzem Kanal gerichtet, bei dem die durch Akzeptoren und Donatoren hervorgerufenen Verunreinigungen gleichzeitig durch die Gateoxidschicht 13 eindiffundiert werden und bei denen der den Kanal bestimmende Rand der Rand der Gateelektrode ist. Anhand der Figuren 3 und 4 wird im folgenden ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Feld effekttransistoren mit kurzem Kanal beschrieben, bei dem der den Kanal bestimmende Rand., der Rand einer Isolierungesohicht ist.

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Wie man in den Figuren 3 und 4 erkennt, sind die Schritte a bis f des Verfahrens die gleichen, die im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben worden sind. Bei dem Verfahren, welches im folgenden anhand von Figur 3 be»- schrieben wird, ist jedoch die Steueroxidschicht 13 in allen Bereichen entfernt, die nicht durch das Muster der Molybdänsteuerelektrode. 15 bedeckt sind. Ein Rand 13a der stehen bleibenden" G-ateoxidschicht 13 die unter der Gateelektrode liegt, ist bei dieser Ausfuhrungsform als der den Kanal begrenzende Rand. Die Gateoxidschicht kann mit irgendeinem der bekannten "Itzvmittel entfernt werden, welches mit dem Siliciumdioxid reagiert, beispielsweise mit gepuffertem HF. In den der Oberfläche ausgesetzten Bereich der Halbleiterplatte 10 wird ein Donatordotierungsmittel, beispielsweise Phosphor eindiffundiert, damit keine zentrisch angeordnete "Grundkörper"-Zone 19 vom n-Leitfähigkeitstyp entsteht. Wie man anhand der Figur 4h erkennt, tritt dabei auch eine seitliche Diffusion auf, wodurch eine n-leitende Zone unter dem den Kanal bildenen Rand 13a der Isolierschicht gebildet wird. Die Diffusion kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, daß die Halbleiterplatte 10 nahe an einer Sourcehalbleiterplatte angeordnet wird, die die gewünschten Donatorverunreinigungen enthält,und daß diese Anordnung in einer Unterdruckkammer erhitzt wird, so daß Verunreinigungen von der Sourceplatte in den gegenüberliegenden Bereich der Halbleiterplatte eindiffundieren.

Nach der Donatordiffusion wird ein mit Akzeptoren dotiertes Isoliermaterial, beispielsweise eine mit Bor dotierte Schicht aus Siliciumdioxid 18 durch pyrolytische Ablagerung einer Mischung von mit Äthylorthosilikat gesättigtem Argon und einer geringen Menge von Triäthylborat niedergeschlagen. Diese pyrolytische Ablagerung kann in der oben beschriebenen Weise ausgeführt werden.'Die mit Bor dotierte Siliciumdioxidschicht wird dann zur Herstellung eines vorgewählten Musters maskiert, belichtet und in bekannter Weise geätzt, so daß

ein Musterbereich 18, wie in Figur 4i dargestellt ist, entsteht « λ r- r (- ■■■ r- / ι ·~ f¹ 1

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Bevor die eine Akzeptordotierung hervorrufenden Verunreinigungen in den mit Donavtofen.dotierten Diffusionsbereich 19 eindiffundiert werden, wird eine Isolierschicht auf der Oberfläche der Halbleiterplatte niedergeschlagen» Diese Isolierschicht ist nicht dotiert und dient während des Diffusionsvorgangs als Schutzüberzug für das Bauelement. Die Halbleiterplatte wird dann beispielsweise für etwa eine Stunde auf einer Temperatur von etwa 1Q5O°Ö gehalten, damit das Bor in die "Grundkörper "-Zonen 19 eindringt, um darin eine ρ-leitende Diffusionszone zu erzeugen. Wie man in Figur 4k sieht, erstreckt sich die p-leitende Diffusionszone seitlich unter dem den Kanal definierenden Rand 15a, der Steueroxidschicht, wodurch ein kurzer η-leitender Bereich 21 zwischen den beiden p-leitenden Bereichen entsteht. Mit Hilfe von fotolytographischen Verfahren werden Löcher zu der Drainsone, der Gateelektrode, der Grundkörperzone und der Sourcezone geätzt und es wird ein metallisches Muster auf der Oberfläche des Oxids gebildet, um Kontaktteile 25, 26, 27 und 28 für die entsprechenden Zonen ,zu bilden. Mit jedem dieser Kontaktteile wird ein elektrischer Kontakt,beispielsweise durch Thermokompressionsschweißen, erzeugt oder er kann dadurch hergestellt weiden, daß die Bereiche auf größere Flächen auf dem gleichen Grundkörper ausgedehnt werden. Das sich ergebende Bauelement, wie es in figur 41 dargestellt ist, gleicht im wesentlicherem Bauelement nach Figur 2k.

. ■

Bauelemente, die nach den Verfahren hergestellt sind, wie sie in den Ablaufplänen nach Figur 1 und 3 schematisch dargestellt "sind, sind schematisch in den Figuren 6 und-7 von oben dargestellt, wobei der den Kanal bestimmende Rand, und zwar entweder der der Gateelektrode oder der der Isolierschicht die Grenze zwischen der Sourcezone und der Kanalzone und der Drainzone und der Kanalzone bestimmt. In Figur 6 ist die Halbleiterplatte 10 mit einer dicken Isolierschicht aus Siliciumdioxid 1.1'und einer dünneren Schicht 13 innerhalb des Bereichs 12 dargestellt. Der den Kanal bestimmende Rand 15a liegt über dem kurzen Kanal 21, wodurch die Drainzone 20 von der Grundkörperzone 19 mit einem geraden Rand getrennt iat, In Figur 7 let eine U-förmige Gate-

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elektrode 15 dargestellt, wobei der den Kanal bestimmende Rand 15a sich längs des Umfangs der U-förmigen Gateelektrode erstreckt. Ein derartiges Bauelement hat eine größere Stromaufnahmefähig- · keit als das Bauelement nach Figur 6, weil der Kana IM)ereich stark verbreitert ist.

Wenn auch die obigen Beschriebungen sieh auf die Herstellung von einzelnen Feldeffekttransistoren beziehen, so wurde dies natürlich nur wegen der einfachen Darstellung 'vorgenommen. . Bei der praktischen Herstellung werden viele einzelne Bauelemente gleichzeitig auf einer einzigen Halbleiterplatte hergestellt'und dann durch Spalten der Platte in viele ,

kleine Plättchen aufgeteilt. Diese Plättchen werden wiederum ™ auf Aufsetzplatten befestigt und es werden dann die Anschluß • verbindungen durch Thermokompressionsschweißen auf bekannte Weise hergestellt. Wenn andererseits die auf diese Weise gebildete Bauelemente mit anderen Schaltungselementen verbunden werden, dann bilden sie integrierte Schaltungen. In dem letzteren Fall läßt sich ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal verwirklichen. 1

In Figur 8 ist ein Feldeffekttransistor dargestellt, der ent-. weder nach einem Arbeitsablauf; plant nach Figur 1 oder 3 hergestellt ist , und der zusätzlich einen Lastwiderstand 31 aufweist, der dadurch gebildet ist, daß die mit Akzeptoren ' ä dotierte Siliciumdioxidschicht seitlich ausgedehnt wird, um ein Widerstandsbauelement zu"bilden. Es ergeben sich verschiedene Vorteile, wenn ein Widerstandselement auf diese Weise gebildet ist. Das Widerstandselement kann zunächst hergestellt werden, ohne daß zusätzliche Verfahrensschritte notwendig sind, das Widerstandselement ist durch die zuerst diffundierte Schicht von dem Grundkörper isoliert und es kann irgendeine Länge oder Breite aufweisen, die für die besondere Schaltungsanordnung geeignet ist. Außerdem kann durch Änderung des Ebtierungsgrads das spezifische Widerstandselement in einfacher Weise geändert werden. Ein weiterer Vorteil der Herstellung eines Widerstandselements in der angegebenen Weise besteht darin, daß die Verwendung eines zweiten Feldeffekt-

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transistors als Last für den ersten Feldeffekttransistor überflüssig wird, wodurch der zweite Feldeffekttransistor für andere Zwecke verwendet werden kann.

Ein anderes Verfahren zur Bildung des Widerstandselements besteht darin, einen länglichen Schlitz in das Feldoxid 11 einzuätzen, um dadurch die darunterliegende Halbleiterplatte 10 längs des länglichen Schlitzes frei zu legen. Dies wird vorzugsweise zu der Zeit gemacht, wenn das Muster 12 gebildet wird. Die äußeren Enden des Schlitzes können aufgeweitet sein, damit eine größere Fläche zum Kontaktieren vorliegt. Nachdem nun die Halbleiterplatte in der oben beschriebenen Weise hergestellt ist» werden erste und zweite Diffusionszonen, die ähnlich der Grundkörperzone und der Drainzone sind, gebildet, die mit dem länglichen Schlitz ausgerichtet sind, damit ein isoliertes Widerstandselement entsteht, welches mit anderen Schaltungselementen verbunden werden kann, um die gewünschten Funktionen aus^-zuführen. Es kann auch eine Verbindung zu der ersten Diffusionszone hergestellt werden, um eine Trägerinjektion durch diese Zone hindurch in das Widerstandselement zu verhindern. Entsprechend kann auch eine ganze Anordnung . von Widerstandselementen auf die gleiche Weise "hergestellt werden. In Figur 9 ist ein schematisches elektrisches Schaltbild des Bauelements dargestellt, welches in Figur 8 gezeigt ist. Natürlich können auch kompliziertere Schaltungen, wie beispielsweise die Verstärkerschaltung, die in Figur-10 dargestellt ist, aufgebaut werden, mit denen sich zahlreiche elektrische'Funktionen ausführen lassen.

Bs sind auch noch andere Veränderungen und Abwandlungen der erfindungsgemäßen Anordnung möglich. Beispielsweise muß die Halbleiterplatte nicht notwendigerweise einen einzigen Leitfähigkeitstyp aufweisen, sondern sie kann derart ausgebildet sein, daß sie eine epitaxiale Schicht auf einer Oberfläche aufweist, wobei das PeIdeffekttransistorbauelement in dieser Schicht gebildet ist. Sie epitaxiale Schicht muß auch nicht den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen, wie der Grundkörper ,und es kann

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beispielsweise eine η-leitende Oberflächenschicht auf einer p-leitenden Halbleiterplatte aufgewachsen sein, und es können darauf Bauelemente mit η-leitendem Kanal gebildet werden. Teile dieser Schicht können von anderen Teilen beispielsweise durch Diffusion einer p-leitenden Zone durch die η-leitende Schicht elektrisch isoliert sein. Bauelemente mit schmalem Kanal, die· Sourcezonen aufweisen, die elektrisch von den andern Bauelementen auf der Platte isoliert sind, können auch auf die angegebene · Weise hergestellt werden, wenn dies durch die Kompliziertheit der Schaltung, die hergestellt werden soll, notwendig ist. Ferner können Bauelemente mit komplimentärer Betriebsweise dadurch hergestellt werden, daß isolierte Bereiche auf n- und p-leitenden Haibleiterplatten gebildet werden, und daß entsprechend in diesen Bereichen Bauelemente mit einem Kanal vom p-Leitfähigkeitstyp und Bauelemente mit einem Kanal vom n-Leitfähigkeitstyp gebildet werden. Dementsprechend ist ein weiter Bereich von verschiedenen Bauelementen und Anordnungen möglich.

Um eine Ausführüngsform der Erfindung näher zu erv»läutern,wird im folgenden die Herstellung eines Enhancement-Feldeffekttransistors mit η-leitendem Kanal, wie sie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, durch folgende wichtige Schritte bestimmt i Eine Platte aus η-leitendem Silicium von 2,5 cm Durchmesser mit einer(1,0,0)-0berfIache, die eine PhOSphOrkonzentration von 5 * 10 Atomen/cm und eine Dicke von 0,35 mm aufweist, wird sorgfältig in einem "weißen Ätzmittel" (drei Teile HF: ein Teil HNO,) geätzt, in destilliertem Wasser gewaschen und in einem Eeaktionsgefäß in einer Atmosphäre von trocknem Sauerstoff für sechs Stunden auf einer Temperatur von 1000⁰C gehalten, damit sich eine 2400 S. dicke Schicht aus Siliciumdioxid auf der Platte bildet. Die Siliciumplatte wird dann für etwa drei Stunden bei 1000⁰C in ^Helium angelassen. Es wird dann eine . 0,075 mm im Quadrat große öffnung durch die Siliciumdioxidschicht nach bekannten Verfahren ge- -ätzt. Die Siliciumplatte wird dann für drei Stunden auf einer Temperatur von 1000⁰C gehalten, damit sich eine 1200 S. dicke

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Schicht aus Siliciumdioxid darauf bildet. Die Siliciumplatte wird dann auf einer Temperatur von 400⁰G gehalten, wobei eine 5000 R dicke Schicht aus Molybdän in einer Triodenglimmentladung durch Zerstäuben einer Molybdänvauffangelektrode für 20 Minuten in Argon von 0,015 Torr niedergeschlagen wird. Die Oberfläche der Molybdänschicht wird dann mit einer Schicht des fotoresistiven Materials KPIl überzogen ,und es wird dann eine Maske mit einem Muster,welches der Gateelektrode entspricht auf die Siliciumplatte aufgebracht ,und das fotoresistive Material wird dann durch diese Maske hindurch belichtet. Dabei wird ein 0,125 mm breiter mittlerer Streifen aus Molybdän innerhalb der 0,075 mm im Quadrat großen Gateoxidöffnung stehengelassen, wobei er über einen Hand des Feldoxide zur Kontaktgabe hinausragt. Nach der Belichtung wird die Siliciumplatte in einen Entwickler für fotoresistives Material eingetaucht, welcher die nichtbelichteten Bereiche des fotoresistiven Materials entfernt und das Gateelektrodenmuster der belichteten Bereiche zurück lässt. Die Platte wird dann in destilliertem Wasser gewaschen und dann für etwa 1 Minute in ein Orthophosphorsäureätzmittel eingetaucht, um das Molybdän, welches durch das Muster aus fotoresistivem Material freigegeben worden ist, zu entfernen.

Nachdem das Ätzmittel' entfernt und in destilliertem Wasser abgewaschen ist, wird die Platte in (etwa 180⁰C) heißer:- konzentrierter Schwefelsäure für kurze Zeit, beispielsweise für 30 Sekunden gewaschen, um das fotoresistive Material zu entfernen. Anschließend wird die Gateoxidschicht 13 nach einem geeigneten Ätzverfahren in Bereichen entfernt, die nicht durch die Gateelektrode aus Molybdän bedeckt sind. Anschließend wird die Platte aus dem Ätzmittel herausgenommen und in destilliertem Wasser gewaschen,und sie wird dann in eine Diffusionskammer gegeben, in der sich auf der gegenüberliegenden Seite eine Platte mit Verunreinigungen befindet, die eine Borkonzentration aufweist, die 2 λ-.MO Atome/cnr beträgt. Die Diffusion wird für 8 Stunden bei einer Temperatur von 1050⁰C durchgeführt, damit man eine Diffusionstiefe von etwa 1 Mikron erhält. Anschließend wird eine 1000 £ starke Sohicht aus mit Phosphor

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dotiertem Siliciumdioxid auf der Platte durch Pyrolyse von Äthylorthosilikat und Phosphoroxychlroid, POC1 in einem volumetrischen Verhältnis von 10 : 1 gebildet. Hierzu werden trockene Argonblasen mit einer Geschwindigkeit von 0,2 m/std. « (7 Kubikfuß pro Stunde) durch Äthylorthosilikat und mit einer Geschwindigkeit von 0,02 m/std. (0,7 Kubikfuß pro Stunde) durch POC1 geleitet* Die sich ergebenden Dämpfe werden vermischt und mit einer Gesamtströmungsgeschwindigkeit von 0,22 nr/std. (7,7 Kubikfuß pro Stunde) über die Siliciumplatte geleitet. Wenn sich die Halbleiterplatte auf einer Temperatur von 800⁰C befindet, dann genügen 3 Minuten zur Bildung einer |

1000 2.'starken Schicht aus mit Phosphorjdotiertem Silicium-

20 dioxid, welches eine Phosphorkonzentration von 1 * 10 Atomen pro cnr in der diffundierten Schicht aufweist. Die mit Phosphor dotierte Siliciumdioxidschicht wird"dann wahlweise- durcfc Maskieren und Ätzen in bekannter Weise, so wie es oben beschrieben ist, mit einem Muster versehen, so daß eine mit Muster versehene Schicht aus mit Phosphor dotiertem Glas erzeugt wird, die das freiliegende Silicium auf der einen Seite der Gateelektrode bedeckt und über den Rand der Gate.-elektrode um 0,0125 mm hinausragt. Die Platte wird dann mit einer undotierten Glasschicht aus Siliciumdioxid bedeckt, die durch pyrolytische Zerlegung von reinem Äthylsilikat bei 800⁰O in Argon gebildet wird. Die Platte wird dann für etwa eine %

Stunde in einer Diffusionskammer auf- einer Temperatur von 1050⁰C gehalten, damit Phosphor in den oberflächennahen Bereich der Platte eindiffundiert. Innerhalb des p-leitenden Diffusionsbereichs wird ein η-leitender Diffusionsbereich von einer Stärke von 2500 S. gebildet, Dadurch entsteht eine kurze Kanalzone zwischen der Sourcezone und der Drainzone von weniger als 1 Mikron Stärke.

Als nächstes werden die Kontakte an der Sourcezone, der Drainzone, der Gateelektrode und der Grundkörperzone dadurch gebildet, daß 0,0125 mm lange Schlitze durch die Oxidschicht zum Kontaktieren der Drainzone und der "Grundkörper"-Zone

geätzt werden und daß ein Loch von einem Durchmesser von 0,006 mm Durchmesser zum Kontaktieren der Gateelektrode über das Feldoxid geätzt wird, und daß eine Sohicht aus Alumniura auf der Platte abgelagert wird. Die Alumniumschicht wird dann maskiert und auf bekannte Weise geätzt, damit die Elektrodenkontakte entstehen. Das Aluminium wird in einer Wasserstoffatmosph-äre auf etwa 500⁰C gehalten, um die Oberflächendichte zu vermindern. Die elektrische Verbindung zu den Kontakten wird duroh Thermokompreesionsschweißung hergestellt.

Ein Enhancement-Feldeffekttransistor mit η-leitendem Kana}., wie er schematisch in Figur 8 mit einem Lastwiderstand, der mit der Drainzone integriert verbunden ist, dargestellt ist, wird auf folgende Weise hergestellt. Die oben beschriebenen Herstellungsschritte bei einem Feldeffekttransistor mit n-leitendem Kanal werden bis zu dem Punkt verwendet, wo das mit Phosphor dotierte Glas ein Muster erhält, mit der Ausnahme, daß sich die Öffnung in dem Feldoxid bis auf eine Seite der Gateelektrode erstreckt. Anschließend wird in dem mit Phosphor dotierten Glas nach bekannten fotolythografischen Verfahren, so wie sie oben beschrieben sind, ein Muster gebildet, so daß das freiliegende Silicium auf einer Seite der Gateelektrode mit Glas bedeckt wird. Die Gateelektrode und ein Bereich von 0,0125 mm jenseits des Randes der Gateelektrode werden auch durch das Glas bedeckt. Ausgehend von diesem zweiten Bereich.ist ein 0,006 mm breiter serpentinenähnlicher Streifen aus mit Phosphor dotiertem Glas stehen gelassen, der eine Gesamtlänge von 0,625 mm aufweist und der ein erweitertes Ende zum Kontaktieren enthält. Dabei ist ein Widerstandsschaltungselement nach der Diffusion mit einem Widerstand von 5000 0hm gebildet.

Die Platte wird dann für drei Stunden in einer Argon- und Carbondioxidatmosphäre auf einer Temperatur von 1100⁰C ge halten, damit die Dotierungemittel duroh das dünne Gateoxid In die Silioiumplatte eindiffundieren. Die Diffusion von

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Phosphor verursacht die Bildung eines η-leitenden Bereichs, der einen Flächenwiderstand von 50 Ohm pro Quadrat aufweist und die Diffusion des Bors verursacht die Bildung eines p-leitenden Bereichs vor dem η-leitenden Bereich. Unter dem Rand, der Gateelektrode durch.den der Kanal bestimmt wird, wird eine kurze Kanalzone vom p-Leitungstyp gebildet. Das Widerstandselement wird durch Diffusion in die Sourcezone der Platte gebildet und es bleibt folglich als ein isoliertes Widerstandselement von den anderen Plattenzonen durch die tiefer diffundierte P-Zone· getrennt.

Als nächstes werden Kontakte an der Drainzone, der Gateelektrode, der Sourcezone, der Grundkörperzone und dem Widerstandselement wie es in der oben erwähnten Darstellung gezeigt ist, gebildet.

Wenn auch die verschiedenen Ausführungsformen nach der Erfindung einen den Kanal devfinierenden Rand aufweisen, der eine im wesentliche grade Linie oder einen U-förmigen Rand aufweist, so können doch auch andere Anordnungen, beispielsweise eine ringförmige, eine bogenförmige, eine rechteckförmige, eine fingerförmige usw. verwendet werden. Die besondere Anordnung läßt sich dabei in Abhängigkeit von den Anforderungen an das Bauelement auswählen. Wenn man beispielsweise Bauelemente mit vergrößerter Leistungsaufnahmefähigkeit herstellen will, dann ist· es nur notwendig, die Breite der Kanalzone zu vergrößern. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht wer.den, daß man eine fingerartige Gateelektrode verwendet, die einen vergrößerten Umfang hat, was" zu einer Vergrößerung der Breite der Kanalzone führt.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich eine neue und praktische Familie von Enhancement-Feldeffekttransistoren, die eine äußerst kurze Kanallänge aufweisen, die durch keinen Rand der Gateelektrode bestimmt ist. Feldeffekttransistoren, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, weisen verbesserte Steilheitseigenschaften und größere Verstärkungs-Bandbreiteprodukte auf, als die bekannten Feldeffekttransistoren. Außerdem ist ein Verfahren

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zur Herstellung integrierter Schaltungen beschrieben, bei denen Feldeffektbauelemente mit kurzem Kanal mit Widerstandselementen verwendet werden, die als ein Teil beim Herstellungsvorgang dee Transistors gebildet werden.

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Claims

-25- 2041:482

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate mit einer kurzen Kanalzone, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierte Gate-Elektrode (15) über einer Halbleiterplatte gebildet wird, die einen großen Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, daß eine kurze Kanalzone (21) von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp an der Oberfläche der Platte unter einem Rand (15a) der isolierten Gate-Elektrode (15) gebildet und gegenüber diesem ausgerichtet wird und daß elektrische Kontakte (26,27;25) an den Zonen von verschiedenem Leitfähigkeitstyp und an der Gate-Elektrode (15) gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Kanalzone (21) durch Diffusion in die Halbleiterplatte neben der Gate-Elektrode (15) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, ^f
dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rand (15a) der Gate-Elektrode (15) das Ausmaß der seitlichen Diffusion unter die Gate-Elektrode bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Kanalzone (21) dadurch gebildet wird, daß eine Verunreinigung vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in die Platte (10) eindiffundiert wird, damit eine an der Oberfläche liegende Grundkörperzone (19) der Platte gebildet wird und daß eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp in die Grundkörperzone eindiffundiert wird, damit in dieser eine Drain-Zone (20) gebildet wird, wobei dann der stehenbleibende Teil der Zone von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp die kurze Kanalzone (21) bildet, die von einem Teil des Randes der Gate-Elektrode (15) bedeckt ist.

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5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (15a) der Gate-Elektrode (15) den Ursprung für kurvenbestimmende Radien zur seitlichen Diffusion der Grundkörperzone (19) und der Drain-Zone (20) bildet, wobei der Unterschied in den Radien die Länge der Kanalzone (21) bestimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grundkörperzone (19) durch Diffusion von einer ersten mit Aktivatoren dotierten Isolierschicht gebildet wird, die auf der Platte (10) neben dem Rand der Gate-Elektrode (15) aufgebracht ist, und daß die Drain-Zone (20) durch Diffusion einer mit einem Muster versehenen, mit Aktivatoren dotierten Isolierschicht gebildet wird, die über der ersten, mit Aktivatoren dotierten Isolierschicht liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grundkörperzone (19) durch Diffusion von einer mit Aktivatoren dotierten Quelle in eine Zone der Platte (10) mit freiliegender Oberfläche diffundiert wird und- daß die Drain-Zone (20) durch Diffusion aus einer mit einem Muster versehenen, mit Aktivatoren dotierten Isolierschicht gebildet wird, die über einem Teil der eindiffundierten Grundkörperzone neben dem Rand der Gate-Elektrode (15) liegt.

Θ. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundkörperzone (19) ein Widerstandselement gebildet wird.

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204S482

9. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der kurzen Kanalzone (21), die unter dem Rand (15a) der Gate-Elektrode (15) liegt, gleich dem Unterschied in der Ausdehnung der seitlichen Diffusion der Grundkörperzone (19) und der Drain-Zone (20) gegenüber dem Rand der Gate-Elektrode ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9»
dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kanalzone (21) weniger als 1 Mikron beträgt.

11. Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors mit kurzem Kanal, ™ dadurch gekennzeichnet, laß eine Isolierschicht (11) auf einem großen Teil einer Halbleiterplatte (10) von einem ersten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, daß die Isolierschicht (11) mit einer leitenden Schicht (14) überdeckt wird, die mit der Isolierschicht bei Diffusionstemperaturen, bei denen die Leitfähigkeit durch Aktivatoren abgewandelt wird, nicht reagiert, daß in der leitenden Schicht ein Huster aus Bereichen, in denen die leitende Schicht entfernt und in denen die leitende Schicht zurückbleibt, gebildet wird, wobei einer der zurückbleibenden leitenden Abschnitte als Gate-Elektrode (15) für den Feldeffekttransistor dient, daß eine Öffnung in der Isolierschicht neben dem Rand ä der Gate-Elektrode (15) gebildet wird, daß eine erste Aktivatorverunreinigung durch diese Öffnung diffundiert wird, um eine große Zone (19) der Halbleiterplatte an der Oberfläche neben der Steuerelektrode in eine Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps umzuwandeln, daß eine zweite Aktivatorverunrei- · nigung in die neben der Oberfläche liegende Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eindiffundiert wird, um einen Teil

(20) der Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in den ersten Leitfähigkeitstyp umzuwandeln, wobei der stehenbleibende Teil entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eine kurze Kanalzone

(21) bildet, die von einem Teil der Gate-Elektrode (15) bedeckt ist und daß elektrische Kontakte (26,27;25) an den Zonen

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verschiedenen Leitfähigkeitstyps und an der Steuerelektrode angebracht werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Aktivatorverunreinigung von einer mit Aktivatoren dotierten Isolierschicht abgegeben wird, die derart mit einem Muster versehen ist, daß die Zone (20) vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Zone (19) von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp und neben der Gate-Elektrode (15) gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterplatte (10) aus Silicium mit einer Oberfläche vom p-Leitungstyp besteht, daß die erste Aktivatorverunreinigung aus der Gruppe mit Phosphor, Arsen, Antimon und Wismut ausgewählt ist, daß die zweite Aktivatorverunreinigung aus der Gruppe mit Bor, Aluminium, Gallium und Indium ausgewählt ist und daß der Feldeffekttransistor ein Enhancement-Feldeffekttransistor mit η-leitendem Kanal ist.

14. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterplatte aus Silicium mit einer Oberfläche vom n-Leitfähigkeitstyp besteht, daß die erste Aktivatorverunreinigung aus der Gruppe mit Bor, Aluminium, Gallium und Indium ausgewählt ist, daß die zweite Aktivatorverunreinigung aus der Gruppe mit Phosphor, Arsen, Antimon und Wismut ausgebildet ist und daß der Feldeffekttransistor ein Enhancement-Feldeffekttransistor mit p-leitendem Kanal ist.

15. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rand (15a) der Gate-Elektrode (15) die Grenzen der kurzen Kanalzone (21) festgelegt werden.

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16. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen der kurzen Kanalzone (21) durch den Rand der Isolierschicht neben der Öffnung und unter der Steuerelektrode (15) bestimmt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht aus einem Werkstoff der Gruppe besteht, die Molybdän, Wolfram und Silicium enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, *

daß die mit Aktivatoren dotierte Isolierschicht zur Bildung eines Widerstandelements linear ausgedehnt wird.

19. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterplatte (10) einen großen Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der eine Source-Zone bildet, daß eine an der Oberfläche eindiffundierte Zone von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp in der Platte eine Grundkörperzone (19) bildet, daß eine Zone des ersten Leitfähigkeitstyps in der Grundkörperzone eine Drain-Zone (20) bildet und daß eine isolierte Gate-Elektrode (15) mit einem Rand (15a) vorgesehen ist, die über der Platte liegt und die Grenzen einer Kanalzone (21) zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone bestimmt,

20. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzone (21) weniger als 1 Mikron lang ist.

21. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierte Gate-Elektrode (15) von der Platte (10) durch eine durchgehende Isolierschicht isoliert ist, die auf der Scheibe liegt.

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22. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (15) aus einem Werkstoff besteht, der aus der Gruppe mit Molybdän, Wolfram und Silicium ausgewählt ist.

23. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (15a) der Gate-Elektrode (15) den Ursprung von Kurvenradien (R₁₁R₂) für die seitliche Diffusion der Grundkörperzone und der Drain-Zone bildet, und daß der Unterschied in den Radien (R₁₁R₂) die Länge der Kanalzone (21) bestimmt.

24. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kanalzone (21) weniger als 1 Mikron beträgt.

25. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterplatte aus Silicium besteht und daß die Gate-Elektrode (15) aus einem Werkstoff besteht, der aus der Gruppe mit Wolfram, Molybdän und Silicium ausgewählt ist.

26. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht ein thermisch aufgewachsenes Oxid des Halbleiterwerkstoffs ist und daß die Grundkörperzone (19) und die Drain-Zone (20) durch die Diffusion von mit Aktivatoren dotiertem Material durch die Isolierschicht gebildet wird.

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27. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundkörperzone (19) durch Diffusion von mit Aktivatoren dotierten Verunreinigungen in die Platte durch eingeätzte Öffnungen in die Isolierschicht neben dem Rand (15a) der Gate-Elektrode (15) gebildet ist und daß die Drain-Zone (20) durch Diffusion von einer mit Aktivatoren dotierten Isolierschicht gebildet ist.

28. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und kurzem Kanal nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstandselement in der mit Aktivatoren dotierten Isolierschicht gebildet ist und sich linear über die durchgehende Isolierschicht ausdehnt, und daß das Widerstandselement als ein Lastwiderstand für den Feldeffekttransistor dient.

29. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, dad u r ch gekennzeichnet, daß ein länglicher Schlitz in einer Isolierschicht auf einer Halbleiterplatte gebildet wird, die einen großen Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, daß eine längliche an der Oberfläche liegende Zone eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, die mit dem Schlitz ausgerichtet ist und von dem großen Bereich der Halbleiterplatte durch einen Bereich entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps isoliert ist, der auch mit dem Schlitz ausgerichtet ist,und daß mindestens zwei elektrisehe Kontakte zwischen den Enden des länglichen an der Oberfläche liegenden Bereichs gebildet werden.

30. Verfahren nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß die isolierte Zone vom ersten Leitfähigkeitstyp durch Diffusion einer Verunreinigung in die Platte vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hergestellt wird, so daß eine an der Oberfläche liegende Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps entsteht, die mit dem länglichen Schlitz ausgerichtet ist_;und daß eine Verunreinigung in die Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps des ersten Leitfähigkeitstyps eindiffundiert wird, wodurch die isolierte Zone des ersten Leitfähigkeitstyps entsteht.

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31. Verfahren nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch Diffusion von einer 'ersten mit Verunreinigungen dotierten Iso-

lierschicht, die über dem länglichen Schlitz liegt, gebildet wird, und daß die isolierte Zone vom ersten Leitfähigkeitstyp durch Diffusion von einer mit einem Muster versehenen, mit Verunreinigungen dotierten Isolierschicht gebildet· wird, die über der ersten mit Verunreinigungen dotierten Isolierschicht liegt.

32. Verfahren nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch Diffusion von einer mit Verunreinigungen dotierten Quelle in die länglichem, an der Oberfläche liegende Zone der Platte gebildet wird und daß der isolierte Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps durch Diffusion von einer mit Verunreinigungen dotierten Isolierschicht gebildet wird, die über einem Teil der Zone von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp liegt.

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