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DE2064886A1 - Integrierte Schaltung mit Feldeffekt transistoren Ausscheidung aus 2047672 - Google Patents

Integrierte Schaltung mit Feldeffekt transistoren Ausscheidung aus 2047672

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Publication number
DE2064886A1
DE2064886A1 DE19702064886 DE2064886A DE2064886A1 DE 2064886 A1 DE2064886 A1 DE 2064886A1 DE 19702064886 DE19702064886 DE 19702064886 DE 2064886 A DE2064886 A DE 2064886A DE 2064886 A1 DE2064886 A1 DE 2064886A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
transistor
integrated circuit
field effect
diffused
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19702064886
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Tokio Hayashi Yutaka Hoya Tokio Tarui, (Japan)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP6325769A external-priority patent/JPS4914388B1/ja
Priority claimed from JP7384969A external-priority patent/JPS4834358B1/ja
Priority claimed from JP8150169A external-priority patent/JPS518315B1/ja
Priority claimed from JP8150269A external-priority patent/JPS4829190B1/ja
Priority claimed from JP44081503A external-priority patent/JPS528678B1/ja
Priority claimed from JP8320969A external-priority patent/JPS4837231B1/ja
Priority claimed from JP44086873A external-priority patent/JPS499915B1/ja
Priority claimed from JP44086871A external-priority patent/JPS5224391B1/ja
Priority claimed from JP44086872A external-priority patent/JPS4829191B1/ja
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Description

DlPL-ING. KLAUS BEHN
D(PL-PKYS. ROBERT MONZHUBER
PATENTANWÄLTE
8 MÖNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE 6 TEL. (0811) 222530-29S192
29. Januar I97I
Unsere Zeichen; A 157I - Pp-Sc
Firma KOGYO GIJUTSUIN 3-1# 1-Chome, Kasumigaseki, Chiyoda-Ku, Tokyo-To. Japan
Integrierte Schaltung mit Feldeffekttransistoren
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung, mit mindestens einem Feldeffekttransistor, der als aktives Element arbeitet, und mindestens einem Lasttransistor.
Es konnten bis jetzt keine zufriedenstellenden integrierte Schaltungen mit hoher Leistung erzielt werden, da es bisher nicht möglich war, einen Transistor mit einer ausgezeichneten Hochfrequenzcharakteristik und einen Transistor vom Verarmungstyp bzw. Transistor mit stromdrosselnder Steuerung und einer Charakteristik,
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öflr.khmt* Marck. Finck 4 Co.. München. Nr 23 464 1 Bankh.u· H Aufhdueer München Nr J6UOO Postscheck München 20904
Teiey rarnmedreee· Petenteeniar
■ . ■ 2064B8I
die einem konstanten Strom im wesentlichen äquivalent ist, in geschickter Weise zu komb/ini©ren.
die Erfindung soll eine verbesserte integrierte Schaltung mtfe^iner ausgezeichneten Leistung geschaffen werden, die einen Peldef^ek^tränsistor aufweist, bei welchem die äquivalente Länge der Basiszone durch den Unterschied zwischen den Diffusionslängen von zweT^S^tgn von Störstoffen bestimmt wird, sowie einen FeldeffekttransistoJ vom Verarmungstyp.
wird
Dies/erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mliidestens
ein Feldeffekttransistor, der als aktives Element arbeitet, und mindestens ein Last transistor verwendet w|-F4* Wobei ein Teil des erstgenannten Transistqrs als feil seiner Basiszone eine Zone aufweist, welche durch die: gleichen Positionsmittel wie die seiner Quellenzone in der Hauptoperationszone diffundiert ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen gleiche bzw. äquivalente Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeietinet sind. Es zeigen:
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Fig. 1(a)
und (b) schematische Ansichten im Schnitt eines Teils eines Feldeffekttransistors, dessen Kanallänge durch ein herkömmliches Diffusionsverfahren bestimmt wird;
Fig. 2 eine schematische Ansicht im Schnitt- eines Feldeffekttransistors, welcher-besonders für die Bildung eins erf-iiidungsgemäßen integrierten Seha]Lt4a*eises geeignet 1st;
Fig. 3(a)
• (g) Schnittansichten in vergrößertem Maßstab
zu den aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen zur Herstellung einer verbesserten erfinddungsgemäßen integrierten Schaltung;
Fig. J5(h) ein Ersatzschaltbild der in Fig.J^g) gezeigten integrierten Schaltung;
Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Draufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung und
Fig. 5 eine Draufsicht in schematischer Darstellung eines-weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung.
In Fig. 1(a) ist ein Bdspiel eines herkömmlichen Hochfrequenz-Feldeffekttransistors gezeigt, beiweichem die Bezugsziffern 1,2, 5, 4 und 5 eine Abflußzone, eine Basiszone, deren Leitfähigkeit derjenigen der Abflußzone entgegengesetzt ist und einen Kanal in ihrer Lage auf der Halbleiteroberfläche bildet, eine Quellezone, eine Torisolierschicht und eine Torelektrode bezeichnen. Zur Anpassung des vorerwähnten Feldeffekttransistors zur Bildung einer integrierten Schaltung,
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wie in Fig. 1(b) gezeigt, muß eine Kristallzone 100, die einen Teil der Abflußzone bildet oder die gleiche Leitfähigkeit wie die Abflußzone hat, auf einem Substrat 200 von einem entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp als die'Abflußzone gebildet werden, um eine getrennte Zone 1a in der Kristallzone 100 fc durch Trenndiffusionszonen 2S zu erhalten und einen Aufbau von der in Fig. 1(a) gezeigten Art in der Zone 1a zu schaffen, was die Notwendigkeit eines Aufwachsverfahrens und eines Trenndiffusionsyerfahrens bedingt.
Wenn im Gegensatz dazu ein Halbleiter vom gleichen Störstofftyp wie der der Bassiszone als Substrat verwendet wird, wird die Notwendigkeit einer Aufwachstechnik beseitigt. Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt, bei welchem die effektive Kanal- bzw. Strompfadlänge durch * diB Länge Lc der diffundierten Basiszone 2a an der Oberfläche des Halbleiters bestimmt wird. Mit anderen Worten, es ist, wenn die Senkespannung niedrig ist, die Storstoffkonzentration der diffundierten Basiszone 2a höher als diejenige des Substrats 200, so daß \ wenn die Torspannung zur Operation erhöht wird, zuerst Ladungsträger an der Oberfläche der Basiszone 2b, die durch einen Teil des Substrats gebildet wird, erzeugt werden und dann Ladungsträger an der Oberfläche
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der diffundierten Basiszone 2a erzeugt werden, so daß der reelle Wert von gm durch die Länge Lc der Fläche der diffundierten Basiszone 2a bestimmt wird und das erwähnte gm zunimmt, da der Widerstand des in der Basiszone 2b gebildeten Strompfades bzw. Kanals niedrig ist.
Ferner werden, wenn das Substrat aus einem Halbleiter von hohem Wideistand hergestellt ist und die Senkespannung hoch ist, alle Teile der Zone 2b zwishen der Basiszone 2a und der Senkezone 1 eine Sperrschicht und die Kanal- bzw. Strompfadlänge wird gleich Lc. In diesem Falle kann die Torelektrode 5 so vorgesehen werden, daß sie nicht der Senkezone überlagert ist, wodurch die Rückkopplungskapazität wesentlich herabgesetzt wird. Andererseits können die Senkezone 1 und die Quellezone 3 gleichzeitig durch einen Diffusionsprozeß erzeugt werden, ohne daß gleichzeitig die Senkezone 1 und das Substrat erzeugt werden, so daß die ebene Fläche der Senkezone 1 verringert werden kann, was eine extreme Herabsetzung der Senkekapazität ergibt. Die integrierte Schaltung gemäß der Erfindung wird durch die fachgerechte Verwendung des oben beschriebenen Feldeffekttransistors erreicht. Diese verbesserte integrierte Schaltung wird nachfolgend beschrieben.
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1. wird, wie in Fig. 3(a) gezeigt, eine Isolierzone für eine Diffusionsmaske mit einem Halbleitersubstrat 200 durch Oxydation oder Dampf phas enr ealcti on haftend verbunden.
g) 2. werden, wie in Pig. 3(b) gezeigt, Diffusionsfenster ' 423, 413, und 401, welche zum Diffundieren der Quelle-, der Basis- und der Senkezone 3, 2a und 1 notwendig sind, durch Photogravieren gebildet.
3. wird eine Isolierschicht 600, welche einen Störstoff enthält, der die Basiszone 2abildet, gleichmäßig auf die Vorrichtung aufgebracht, wie in Pig. 3(c) gezeigt.
4. wird, wie in Fig. 3(d) gezeigt, ein Teil 623 der Isolierschicht 600, der größer als das Diffusionsfenster 423 ist und dem anderen Diffusionsfenster nicht überlagert ist, beim Photogravieren stehengelassen und dann ein Diffusionsprozeß in einer Hochtemperaturatmosphäre von dem Teil 623 aus durch das Diffusionsfenster 423 durchgeführt, wodurch ein eine Basiszone 2a bildender Teil erzeugt wird, wie in Pig. 3(e) gezeigt.
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5* wird, wie in Fig. 5(f) gezeigt, im übrigen Zustand der Isolierschicht 625, wenn diese sehr dünn ist, oder im weggenommenen Zustand dieser Schicht, wenn diese dick ist, der Diffusionsvorgang so ausgeführt, daß die Zone 2a mit einem Störstoff vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der des Substrats bleibt, wodurch eine Quellezone 3 des als aktives Element verwendeten Transistors, eine Senkezone 15* die als die Quellezone 15 eines Lasttransistors verwendet werden kann, und eine Senkezone 10 des erwähnten Lasttransistors erzeugt werden.
6. werden, wie in Pig. 5(g) gezeigt, Torisoliersehichten Aa und 4L, Torelektroden 5A und 5L und Elektroden 5W, 15W, 10W und 200W auf die Vorrichtung aufgebracht, wodurch die Fabrikation der wesentlichen Teile einer integrierten Schaltung abgeschlossen ist.
Die in Fig. 3(g) gezeigte integrierte Schaltung kann durch eine Ersatzschaltung dargestellt werden, wie in Fig· 3(h) gezeigt bei welcher, wenn die Anschlüsse 5A, 15W, 1OW, 3W und 200W, die den Elektroden 5A, 15W, 1OW, 5W und 200W der in Fig. 5(g) entsprechen, als Eingangsansohluß, Äusgangsanschluß, I Istungsanschluß,
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Erdanschluß bzw. als Steueranschluß zur Steuerung der Schleusenspannung jedes MOS-Transistors verwendet werden, die Vorrichtung als Verstärker oder Schaltkreis arbeiten kann.
Per Anschluß 5L kann in dem Zustand verwendet werden, in welchem er mit der Leistungsspannung verbunden werden kann. Ferner wird, wenn ein Substrat aus p-Silicium und Torisolierschichten 4a und 4L aus SiOg verwendet werden, der Lasttransistor L ein Transistor vom Ver» armungstyp* so daß eine integrierte Schaltung vom Hochieistungstyp mit einerVorbelastung durch einen konstanten Strom dadurch erhalten werden kann, daß der Anschluß 5L mit dem Anschluß 1JW durch einen Innenverdrahtung der integrierten Schaltung verbunden werden kann.
Bei dem vorangehend beschriebenen Beispiel kann, selbst wenn eine Isolierschicht, die durch ein Ätzmittel aufgelöst werden kann, das von dem der Maske 400 verschieden ist, haftend anstelle der Isolierschicht 600, die einen Störstoff enthält, aufgebracht wird und nur die 25one 625 durch Photogravieren weggenommen wird, der gleiche wie in Pig« 5(g) erhalten werden.
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Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß nach diesem Verfahren ein Trenndiffusionsprozeß nicht wesentlich erforderlich ist und die Störstoffkonzentration des Substrats verhältnismäßig gering ist, so daß es möglich ist, eine integrierte Schaltung für hohe Frequenz zu erhalten, bei welcher die Ausgangskapazität (Senkekapazität des als aktives Element zu verwendenden Transistors) klein ist, und der Frequenzgang des aktiven Elements wird um eine Größenordnung größer als bei den herkömmlichen integrierten Schaltungen für hohe Frequenz gemacht.
Ferner wird bei der integrierten Schaltung nach Pig» 3(g)i wenn die Störstoffkonzentration des Substrats 200 so vorgesehen ist, daß in der Zone des Transistors A die Basiszone 2b, die eine geringe Störstoffkonzentration hat und zwischen der Quellezone 5 und der Senkezone 1J angeordnet ist, eine Sperrschicht wird, die effektive Kanal- bzw. Strompfadlänge des Transistors A gleich der Länge Lc in der Diffusionsrichtung eines Teils der Basiszone wird, der durch Diffusion unter Verwendung der gleichen Anordnungsmittel wie die der Quellezone j5 gebildet wird, welcher Teil sich in Kontakt mit der HaIb-
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leiteroberflache befindet. Daher ist es wegen der Möglichkeit der leichten Steuerung der Diffusionslänge auf weniger als ein Mikron mit einer Genauigkeit von weniger als 100 Angström möglich, einen Superhochfrequenztransi-, stör mit einer kurzen Strompfadlänge als aktives Element ^ zu verwenden.
Andererseits ist im Lasttransistor L zum Unterschied vom Transistor A die Störstoffkonzentration der Zone 2L zwischen der Quellezone 15 und der Senkezone 10 niedrig und ist die Veränderung der Schleusenspannung des Lasttransistors L infolge einer Veränderung der Ausgangsspannung verhältnismäßig gering, so dai die Bildimg eines Lasttransistors, der so gestaltet wei?ilen kann, daß er eine hohe Ausgangsspannung und einet* hoheil Verstär- W kungsfaktor hat, möglich wird.
Wie vorangehend beschrieben, läßt sißh durch die .-; Anwendung der Erfindung eine integrierte Schaltung mit ausgezeichneten Hochfrequenzeigenschaften und hoher Leistung leicht und wirtschaftlich herstellen. Ferner kann, da die Störstoffkonzentration des Substrats leicht herabgesetzt werden kann, der Lasttransistor als Transistor
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vom Verarmungstyp unabhängig von dem als das aktive Element verwendeten Transistor herstellen, wodurch es möglich wird, einen Lasttransistor mit Eigenschaften zu bauen, die einem konstanten Strom im wesentlichen äquivalent sind, so daß eine integrierte Schaltung von ausgezeichneten Hochfrequenzeigenschaften und geringer Leistung geschaffen wird.
Wie voranstehend im einzelnen beschrieben, kann die Kanallänge eines Feldeffekttransistors, bei welchem dr'.e effektive Kanallänge durch die Differenz zwischen den Diffusionslängen von zwei Arten von Störstoffen bestimmt wird, kleiner als ein Mikron gemacht werden, so daß dieser Transistor als Superhochfrequenztransistor v^ wendet werden kann. Andererseits hat ein Feldeffekttransistor vom sogenannten Verarmungstyp eine Belastungscharakteristik, die im wesentlichen gleich einer Charakteristik für konstanten Strom ist, so daß der erwähnte Transistor wirksam als integrierte Schaltung von geringer Leistung und hoher Operationsgeschwindigkeit verwendet werden kann.
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Zu Fig. 5(g) wurde angegeben, daß eine ausgezeichnete integrierte Schaltung mit einer hohen Leistung dadurch hergestellt werden kann, daß die vorangehend beschriebenen Feldeffekttransistoren von zwei Arten kombiniert werden.
Zum Zweck der Verwendung eines Feldeffekttransistors vom Verarmungstyp als Last ist eine Zone zur Stromunterdrückung erforderlich, um das Lecken des durch den Transistor hindurchtretenden Stromes in einen anderen Transistor als den bestimmten Transistor zu verhindern.. Diesem Erfcaäernis kann dadurch Rechnung getragen werden, daß der als Lasttransistor zu verwendende Feldeffekttransistor vom Verarmungstyp von einem Verstärkertransistor vom Anreicherungstyp oder mit nur der gleichen diffundierten Zone wie die diffundierte Basiszone, durch welche die Kanallänge bestimmt werden kann, umgeben wird. Ferner kann das vorerwähnte Ziel durch ©in Ver-· fahren erzielt werden, bei welchem gesondert eine diffundierte Zone von dem gleichen Störstofftyp wie derjenige, der diffundierten Basiszone erzeugt wird und • der Lasttransistor mit der diffundierten Zone umgeben wird«, Mit anderen Worten, -es ist lediglich erforderlich,
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den Lasttransistor mit einer diffundierten Baäszone oder mit einer diffundierten Zone zu umgeben, die der Basiszone benachbart ist und von dem gleichen Störstofftyp wie der der Basiszone ist.
Nachfolgend wird eine integrierte Schaltung aus einer Kombination von zwei Arten vorangehend beschriebener Feldeffekttransistoren in Verbindung mit Fig. 4 und 5 näher beschrieben.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher ein Lasttransistor planar von einem Teil einer diffundierten Hauptbasiszone einesVerstärkertransistors umgeben ist. In Fig. 4 bezeichnen die Bezugsziffern 3, XJ>, 10, 5A und 5L sowie 4a und 4L eine Quellezone eines Verstärkertransistors, eine zone, die sowohl als Senkezone des Verstärkertransistors als auch als Quellezone eines Lasttransistors dient, eine Senkezone des Lasttransistors, eine Torelektrode des Verstärkertransistors und eine Torelektrode des Lasttransistors sowie Isolierschichten unterhalb der Torelektroden 5A und 5L·
Wenn die Quellezone 3 durch die Verwendung einer Positionsmaske diffundiert wird, die in ihrem Hauptteil
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im wesentlichen die gleiche wie die zur Diffusion der Basiszone 2a verwendete ist, kann der kürzere Abstand Lc der Basiszone 2a mit einer Genauigkeit von wenige? als ein Mikron gesteuert werden. Wenn der spezifische Widerstand des Substrats 200 hoch ist und die Senicespannung nicht nahe bei 0 Volt liegt, wird die Zone zwisehen der Zone 15 und der diffundierten Basiszone
eine Sperrschicht, so daß die Kanallänge des Verstärkertransistors im wesentlichen gleich Lc wird, wodurch
dem Verstärkertransistor ausgezeichnete Hochfrequenzeiagenschaften mitgeteilt werden.
Die Torelektrode 5A des Verstärkertransistors kann auf die ganze Basiszone 2a durch eine IsolierSchicht aufgebracht werden, jedoch ist es möglich, ein Verfahren || anzuwenden, bei welchem eine Teilzone, auf die keine
Torelektrode aufgebracht ist, vorgesehen wird, wie in Pig. 4 gezeigt, und die Isolierschicht auf dieser Teilzone dickgeraacht wird, wobei Zuleitungselektroden von den Zonen 1j5 und 10 hindurchgeführt werden.
Im allgemeinen fließen bei dem vorangehend besehrie-
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benen Aufbau alle Teile des durch den Lasttransistor hindurchtretenden Stroms in den diesen Lasttransistor umgebenden Transistor und der Strom , der durch die Inversionszone des Substrats 200 ausfließen muß, wird durch die diffundierte Basiszone 2a des Verstärkertransistors gestoppt» Natürlich ist es nicht immer notwendig, den Lastferansistor vollständig mit der Quellezone 3 "des Yerstärkertransistors zu umgeben und der umgebende Teil kann teilweise weggelassen werden. Ferner ist es nicht immer notwenig, daß der umgebene Transistor als Verstärker arbeitet. D.h., es ist zur Weglassung einer zur Trennung erforderlichen besonderen Behandlung lediglich erforderlich, eine diffundierte Basiszone in die Zone hineinzudiffundieren, welche deu Lasttransistor UEägibt, und zwar gleichzeitig mit der Basisdiffusioo. der anderen Transistoren.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel einer verbesserten integrierten Schaltung, bei welcher ein Lasttransistor L von einer diffundierten Zone 2S vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der der Basiszone uwgeben ist, welche Zone 2S benachbart der diffundierten Basiszone 2a eines Verstärkertransistors gemacht wird.
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Eine nähere Beschreibung des in Fig. 5 dargestellten Beispiels erübrigt sich, da die wesentlichen Teile desselben im wesentlichen die gleichen sind wie die durch die gleichen Bezugsziffern und Zeichen in dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel bezeichneten.
Wenn die Diffusionssequenz so eingestellt wird, daß zuerst "eine n+-Diffusion ausgeführt wird, indem eine Störstoff-Diffusionsgeschwindigkeit derselben verwendet wird, die langsam ist, und dann die Basisdiffusions ausgeführt wird, kann die Diffusionszone 2S dirchdie gleiche Diffusionsbehandlung wie die der Basiszone gebildet werden.
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Claims (1)

  1. J1T1Ji nynnipr
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    PATENTANSPRÜCHE
    { 1.) Integrierte Schaltung mit mindestens einem Feldeffekttransistor, der als aktives Element arbeitet, und mindestens einem Lasttransistor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des erstgenannten Transistors als Teil seiner Basiszone eine Zone aufweist, welche durch die gleichen Positionsmittel wie die seiner Quellezone in der Hauptoperationszone diffundiert ist.
    3· Integrierte Schaltung mit mindestens einem Feldeffekttransistor und mindestens einem Feldeffekttransistor vom Verarmungstyp, der als Lasttransistor verwendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor vom Verarmungstyp von einer diffundierten Basiszone eines anderen Transistors oder von einer diffundierten Zone umgeben ist, welche der erwähnten Basiszone benachbart und vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der dieser Basiszone umgeben ist.
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