DE2058660B1 - Verfahren zum Herstellen einer monolithischen Festkoerperschaltung - Google Patents

Description

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nem Silicium bestehen und mit gegen die Dotierungs- bereits vor der später folgenden Diffusion der Quellmittel maskierende Schutzschichten abgedeckt sind, und Senkzonen mit Bor dotiert,
als Diffusionsmaskierung eindiffundiert werden. Im Anschluß daran wird eine Siliciumoxidschicht Die Erfindung wird im folgenden an Hand der 19 gemäß der Fig. 10 abgeschieden. Diese wird Zeichnung erläutert, in der die 5 einem Härtungsprozeß, beispielsweise durch Wärme-Fig. 1 bis 6 das oben erwähnte bekannte Ver- behandlung bei 1000° C, unterworfen. Dadurch wird fahren und die die Ätzrate dieser Siliciumoxidschicht 19 wesentlich Fig. 7 bis 18 das Verfahren nach der Erfindung erniedrigt. Dies hat den besonderen Vorteil, daß betreffen. Teile dieser Siliciumoxidschicht 19 bei dem später Zum besseren Verständnis des Wesens und der io erfolgenden Ätzprozeß zur Entfernung der freiliegen-Vorteile der Erfindung wird im folgenden kurz das den Gatteroxidschichten nicht abgedeckt werden bekannte Verfahren zum Herstellen einer mono- brauchen, so daß solche Ätzungen ganzflächig erlithischen Festkörperschaltung mit mindestens zwei folgen können.

komplementären Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren Nachdem nunmehr durch Ätzmaskierüngen die

geschildert,' deren Quell- und Senkzonen aus dotier- 15 abgeschiedene Siliciumoxidschicht 19 gemäß der

ten Oxidschichtert im Bereich entgegengesetzten Lei- Fig. 11 und die darunterliegende polykristalline

tungstyps in einen Halbleiterkörper eindiffundiert Siliciumschicht 18 gemäß der Fig. 12 bearbeitet

werden. Bei diesem Verfahren werden die Quell- und wurden, wird ohne Ätzmaskierung die gesamte HaIb-

. Senkzonen durch gleichzeitige Diffusion aus mit Bor leiterfläche mit einem geeigneten und bekannten Ätz-

; bzw. mit Phosphor dotierten Oxidschichten erzeugt. 20 mittel behandelt, wodurch eine Anordnung gemäß

Hierzu wird beispielsweise von einem η-leitenden der Fig. 13 entsteht, bei der die Siliciumgatterelek-

Halbleiterkörper 1 aus Silicium ausgegangen, der mit troden 3 auf den Gatteroxidschichten 2 durch die

einer Oxidmaske gemäß Fig. 1 versehen wird. Oxidschichtteile 13 geschützt bleiben. Im Gegensatz

Durch diese Oxidmaske wird gemäß der Fig. 2 zum bekannten Verfahren sind die Siliciumgatter 3

durch Bordiffusion ein p-leitender Bereich 4 erzeugt. 25 also bei der folgenden Diffusion aus dotierten Oxid-

Danach wird die gesamte Oxidmaskierung, welche schichten maskiert.

durch thermische Oxidation erzeugt werden kann, Diese dotierten Oxidschichten werden nacheinan-

abgeätzt und nacheinander gemäß der Fig. 3 do- der abgeschieden und derartig Ätzmaskierungspro-

tierte Siliciumoxidschichten 5, 6 durch Ätzmaskierun- zessen, beispielsweise unter Anwendung des bekann-

gen derart aufgebracht, daß auf dem durch den 30 ten photolithographischen Verfahrens, ausgesetzt,

Halbleiterkörper 1 gegebenen η-leitenden Bereich daß auf dem η-leitenden Bereich des Halbleiterkör-

eine mit Bor dotierte Oxidschicht 5 und auf dem pers eine mit Bor dotierte Oxidschicht 22 gemäß der

p-leitenden Bereich 4 eine mit Phosphor dotierte Fig. 14 und auf dem auf p-leitenden Bereich 4 eine

Oxidschicht 6 stehen bleiben. Der ganze Halbleiter- mit Phosphor dotierte Oxidschicht 23 gemäß der

körper wird nun mit einer nichtdotierten Silicium- 35 Fig. 15 stehen bleibt.

oxidschicht? gemäß der Fig. 4 bedeckt und dann Im Gegensatz zum bekannten Verfahren ist nun werden gleichzeitig mittels einer Ätzmaskierung ge- aber keine zweite Ätzung mehr notwendig, da die maß der Fig. 5 der Halbleiterkörper an der p-Kanal- Gatterzonen 3 bereits durch die polykristallinen SiIizone 8 und der n-Kanalzone 9 freigeätzt. Gemäß der ciumschichten gegeben sind. Dadurch kann die kri-F i g. 6 werden anschließend in einem einzigen 4° tische Ätzung kleiner Strukturen in dotierten Gläsern Hochtemperaturprozeß die Quell- und Senkzonen 10 äußerst vorteilhaft umgangen werden,
an der p-Kanalzone 8 und die Quell- und Senkzonen Die in Fig. 15 gezeigte Struktur wird nun einem 11 an der n-Kanalzone 9 sowie das Gatteroxid 12 Hochtemperaturprozeß ausgesetzt, bei dem durch erzeugt. Auf diese Weise können in einem einfachen Diffusion selbstjustierend die Quell- und Senkzonen Verfahren monolithische Festkörperschaltungen mit 45 11 am η-Kanal und die Quell- und Senkzonen 10 komplementären Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren am p-Kanal der betreffenden Metall-Oxid-Feldeffekthergestellt werden, die einen sehr geringen statischen transistoren gemäß der Fig. 16 erzeugt werden. An-Verlustleistungsverbrauch aufweisen. schließend werden die dotierten Oxidschichten 22, Das Verfahren der Erfindung geht von der An- 23 und die Schutzschichten 13 durch eine unmaskierte Ordnung gemäß der Fig. 7 aus, d.h. von einem 50 Ätzung gemäß der. Fig. 17 entfernt und auf der Halbleiterkörper, der von Oxidschichten befreite gesamten Halbleiteroberfläche eine undotierte SiIi-Bereiche 15 unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp auf- ciumoxidschicht 24 abgeschieden. Die folgende Konweist. Ein derartiger Halbleiterkörper kann in glei- taktfensterätzung durchstößt damit ein Oxid einheitcher Weise hergestellt werden, wie vorstehend beim licher Dicke, denn die Kontaktfenster 26 zu den bekannten Verfahren geschildert. 55 Quell- und Senkzonen 10 des p-Kanals und die Kon-Gemäß der Fig. 8 werden bereits anschließend taktfenster27 zu den Quell- und Senkzonen 11 des die Gatteroxidschichten 16 und 17 der beiden korn- η-Kanals öffnen die gleiche Siliciumoxidschicht wie plementären Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren er- die nicht in der betreffenden Fig. 18 gezeichneten zeugt. Danach wird gemäß der F i g. 9 abweichend Kontaktfenster zu den Siliciumgattern 3. Di^ Konvom eingangs erwähnten Silicium-Gatterprozeß bei 60 taktierung der Festkörperschaltung bzw. der FeIdder Abscheidung der polykristallinen Siliciumschicht effekttransistoren kann in üblicher Weise mit 18 Bor als Dotierungsmittel in die Siliciumschicht 18 Aluminium oder mit einem anderen Metall erfoleingebracht. Beim bekannten Verfahren zum Ab- gen.

scheiden von Silicium durch thermische Zersetzung Das Verfahren nach der Erfindung kombiniert

von Silan und Abscheidung auf einen zu beschich- 65 also einfache und unkritische Prozesse, wodurch

tenden Körper kann beispielsweise Diboran dem monolithische Festkörperschaltungen mit komple-

Silan beigemischt werden. Die Gatterzonen 3 mentären Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren herge-

(Fig. 12) der beiden Feldeffekttransistoren sind also stellt werden können. Das Verfahren der Erfindung

vereinigt die Vorteile sowohl der Silicium-Gatter-Technik als auch des bekannten Verfahrens zur Herstellung von monolithischen Festkörperschaltungen mit komplementären Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, beim Verfahren der Erfindung die Quell- und Senkzonen aus glasigen Oxidschichten zu diffundieren.

Anstelle von gehärtetem Siliciumoxid als Material für die Schutzschichten 13 kann auch Siliciumnitrid verwendet werden, welches aus der Gasphase abgeschieden werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 bisher bekannten p-Kanaltechnik vor der Erzeugung Patentansprüche· ^er Que^" unc* Senkzonen zuerst das Gatteroxid er- ' zeugt und dann polykristallines Silicium abgeschie den. Durch anschließende Abscheidung von Silicium-

1. Verfahren zum Herstellen einer monolith!- 5 oxid und Ätzverfahren mit Ätzmaskierung wird eine sehen Festkörperschaltung mit mindestens zwei Gatterstruktur hergestellt. Bei einem dann folgenden komplementären Metall-Oxid-Feldeffekttransisto- unmaskierten Ätzprozeß werden gleichzeitig das freiren, deren Quell-und Senkzonen unter Verwen- liegende Gatteroxid und das Oxid auf dem polydung von dotierten Oxidschichten als Diffusions- kristallinen Silicium bis auf das für die Planardiffuquellen in Bereiche eines Halbleiterkörpers mit io sion erforderliche Oxidmaskenmaterial entfernt, entgegengesetzten Leitungstypen eindiffundiert Während der nun folgenden Planardiffusion von werden, dadurch gekennzeichnet, daß p-dotierenden Verunreinigungen, insbesondere von die Quell- und Senkzonen (10 bzw. 11) der bei- Bor, werden zum einen in selbstjustierender Weise den Feldeffekttransistoren gleichzeitig unter Ver- die Quell- und Senkzonen erzeugt, zum anderen das wendung der auf isolierenden Zwischenschicht- 15 undotierte polykristalline Silicium mit Bor dotiert, ten (2) auf der Halbleiteroberfläche angeordneten Durch Ersteres werden kleine Überlappungskapazi-Gatterelektroden (3), welche aus bordotiertem täten, durch Letzteres kleine Schwellspannungen erpolykristallinem Silicium bestehen und mit gegen zielt.

die Dotierungsmittel maskierenden Schutzschicht Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem

ten (13) abgedeckt sind, als Diffusionsmaskierung ao der Herstellung einer monolithischen Festkörpereindiffundiert werden. schaltung mit komplementären Metall-Oxid-Feld-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- effekttransistoren unter Anwendung des vorstehend kennzeichnet, daß die Quell- und Senkzonen (10, beschriebenen Verfahrens mit einer selbstjustie-11) aus glasigen Oxidschichten diffundiert wer- renden Gatterelektrode aus polykristallinem Siden. 35 licium.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, da- Ein Verfahren zum Herstellen einer monolithidurch gekennzeichnet, daß die Gatterelektro- sehen Festkörperschaltung mit komplementären den (3) durch Schutzschichten (13) aus Silicium- Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren, bei denen die oxid abgedeckt werden. Quell- und Senkzonen von komplementären FeId-

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- 30 effekttransistoren durch gleichzeitige Diffusion aus kennzeichnet, daß die Schutzschichten (13) durch mit Bor bzw. mit Phosphor dotierten Siliciumoxid-Erhitzen gehärtet werden. schichten erzeugt werden, war bereits aus der Zeit-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- schrift »IEEE Journal of Solid-State Circuits«, Vol. kennzeichnet, daß die Schutzschichten (13) durch SC-5, Nr. 1 (Februar 1970), Seiten 24 bis 29, be-Erhitzen bei 1000° C gehärtet werden. 35 kannt. Bei diesem Verfahren wird beispielsweise von

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da- η-leitendem Silicium ausgegangen und durch Planardurch gekennzeichnet, daß die Gatterelektro- diffusion von Bor ein p-leitender Bereich erzeugt, den (3) durch Schutzschichten (13) aus Silicium- Die Quell- und Senkzonen der komplementären nitrid abgedeckt werden. Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren werden daraufhin

40 aus den dotierten Oxidschichten in Bereiche entgegengesetzten Leitungstyps in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Dieses Verfahren mächt ebenfalls von

verdickten Oxidschichten zur Verminderung der

Überlappungskapazitäten Gebrauch. Die Planar-

45 diffusionen der Quell- und Senkzonen erfolgen zwar

selbstjustierend in bezug auf die Gatterelektroden.

Diese Gatterelektroden werden jedoch durch mas-

Bei der Herstellung von Metall-Oxid-Feldeffekt- kierte Ätzungen in hochdotierten Oxidschichten transistoren tritt bekanntlich das Problem der Aus- definiert, was starke Unterätzung und schlechte Rerichtung der Gatterelektrode auf dem Gatteroxid 50 produzierbarkeit mit sich bringt. Dieser Nachteil auf. Eine Fehlausrichtung bedeutet nämlich eine soll durch das Verfahren nach der Erfindung beErhöhung der »Überlappungskapazitäten« zwischen hoben werden, wobei zugleich von dem Vorteil der der Gatterelektrode und den Quell- und Senk- Silicium-Gatterelektrode hinsichtlich der Schwellzonen des betreffenden Metall-Oxid-Feldeffekttran- spannung Gebrauch gemacht wird, sistors. Eine Verminderung dieser Überlappungs- 55 Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum kapazitäten bei Fehlausrichtung kann nach dem Ver- Herstellen einer monolithischen Festkörperschaltung fahren der deutschen Offenlegungsschrift 1 814 747 mit mindestens zwei komplementären Metall-Oxiddurch eine Verdickung der Oxidschicht neben dem Feldeffekttransistoren, deren Quell- und Senkzonen Gatteroxid erreicht werden. unter Verwendung von dotierten Oxidschichten als

Eine bessere Lösung dieses Problems gibt die so- 60 Diffusionsquellen in Bereiche eines Halbleiterkörpers genannte Silicium-Gatter-Technologie (silicon gate mit entgegengesetzten Leitungstypen eindiffundiert technology), welche in der Zeitschrift »IEEE Spec- werden. Der obengenannte Nachteil des zuletzt betrum«, Bd. 6 (1969), H. 10, Seiten 28 bis 35, be- schriebenen Verfahrens wird erfindungsgemäß daschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird anstatt einer durch überwunden, daß die Quell- und Senkzonen metallischen Gatterelektrode, beispielsweise aus Alu- 65 der beiden Feldeffekttransistoren gleichzeitig unter minium, polykristallines Silicium als Gatter in Verwendung der auf isolierenden Zwischenschichten Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren mit p-Kanaltech- auf der Halbleiteroberfläche angeordneten Gatternik verwendet. Hierbei wird abweichend von der elektroden, welche aus bordotiertem, polykristalli-