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Die Erfindung bezieht sich auf ein Doppelgatter-Metalloxid-
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Feldeffekt-Halbleiterelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Feldeffekt-Metalloxid-Halbleiterelemente - in der Folge MOS FET genannt
- werden als Feldeffekt-Halbleiterelemente mit isoliertem Gatter für FM Tuner für
Radioempfänger und Stereoanlagen verwendet. Zur Verbesserung der Hochfrequenzeigenschaften
erscheint es bei derartigen MOS FET Elementen notwendig, die Rückkopplungskapazität
zwischen Abfluß und Gatter zu verringern. Für derartige Anwendungen werden sehr
häufig MOS FET Elemente mit vier Anschlüssen, d.h.
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mit zwei getrennten Gattern, verwendet, bei welchen auf einem einzigen
Substrat eine Quelle, ein Abfluß sowie zwei zwischen der Quelle und dem Abfluß vorgesehene
Gatter vorgesehen sind.
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Im folgenden soll nunmehr auf Figuren 1 bis 3 Bezug genommen werden,
in welchen eine MOS FET Anordnung bekannter Bauweise sowie deren Anordnung innerhalb
einer Schaltungsanordnung gezeigt sind. Gemäß Fig. 1 ist auf einem P-Typ-Substrat
20 eine SiO2-Schicht 10 vorgesehen, welche mit entsprechenden Elektroden versehen
ist. Eine Quellenelektrode 1 ist dabei mit einem Lötkopf 1a versehen, von welchem
aus ein nach außen führender Anschluß erfolgt. Innerhalb der Quellenelektrode 1
verläuft eine erste Gatterelektrode 2 eines ersten Gatterbereiches parallel zu der
Quellenelektrode 1. Die erste Gatterelektrode 2 ist mit einem Lötkopf 2a versehen,
der zu einem äußeren Anschluß führt. Innerhalb der ersten Gatterelektrode 2 ist
ferner eine zweite Gatterelektrode 3 eines zweiten Gatterbereiches vorgesehen, die
im wesentlichen parallel zu der ersten Gatterelektrode 2 verläuft. Die zweite Gatterelektrode
3 ist mit einem Lötkopf 3a
versehen, der mit einem äußeren Anschluß
verbunden ist.
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Schließlich ist innerhalb der zweiten Gatterelektrode 3 noch eine
Abflußelektrode 4 vorgesehen.
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Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1.
Gemäß dieser Figur sind auf der oberen Fläche des P-Typ-Substrats 20 beispielsweise
durch Diffusion ein erster Halbleiterbereich 21 des N -Typs (Quellenbereich), ein
zweiter Halbleiterbereich 22 des N-Typs sowie ein dritter Halbleiterbereich 23 des
Ii -Typs aufeinander folgend aufgebracht. Die Quellenelektrode 1 steht über ein
Loch innerhalb der SiO2-Schicht 10 direkt in Kontakt mit dem ersten Halbleiterbereich
21 des N+ -Typs. In entsprechender Weise steht die Quellenelektrode 4 über ein anderes
Loch innerhalb der SiO2-Schicht 10 direkt in Kontakt mit + dem dritten Halbleiterbereich
23 des N -Typs. Die erste Gatterelektrode 2 liegt zwischen den beiden Halbleiterbereichen
21 und 22 und ergibt sich über die Dicke einer Gatterisolierschicht 24. Die zweite
Gatterelektrode 3 liegt zwischen den beiden Halbleiterbereichen 22 und 23 und ergibt
sich über die Dicke einer Gatterisolierschicht 25. Die Klemmenanschlüsse 1b und
4b sind mit der Quellen-und Abflußelektrode 1 bzw. 4 verbunden, während die Anschlüsse
2b und 3b mit den beiden Gatterelektroden 2 und 3 verbunden sind. Die äußeren Anschlußklemmen
2b und 3b führen dabei zu den Lötköpfen.2a bzw. 3a, wobei diese Verbindung in der
Zeichnung gestrichelt dargestellt ist.
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Der Anschluß der bisher bekannten MOS FET Elemente mit vier Anschlüssen
gemäß Fig. 1 und 2 erfolgt entsprechend Fig. 3.
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Eine Gleichstromquelle 26 ist mit der dargestellten Polarität zwischen
der Anschlußklemme 3b der zweiten Gatterelektrode 3 und. der Anschlußklemme 1b der
Quellenelektrode 1
angeschlossen. Eine Signalquelle 27 ist hingegen
zwischen der Anschlußklemme 2b der ersten Gatterelektrode und der Anschlußklemme
1b der Quellenelektrode 1 vorgesehen. Eine nicht dargestellte Belastung ist zwischen
den Außenklemmen 1b der Quellenelektrode und der Anschlußklemme 4b der Abflußelektrode
4 vorgesehen. Auf diese Weise wird die Rückkopplungskapazität zwischen der Quellenelektrode
1 und dem ersten Gatterbereich verringert, wodurch sich die Hochfrequenzeigenschaften
des Elements verbessern. Bei der bekannten Anordnung muß jedoch die Gleichspannung
auf irgendwelche Weise zwischen der Anschlußklemme 3b der zweiten Gatterelektrode
3 und der Anschlußklemme 1b der Quellenelektrode 1 zugeführt werden. Diese Gleichspannung
wird gewöhnlich zur Erzielung der gewünschten Vorspannungen mit Hilfe von Widerständen
und Spannungsteilung erzielt. Zur Erzielung vorgegebener Vorspannungswerte sind
demzufolge Widerstandselemente notwendig, was zu zusätzlichen Arbeitsschritten führt
und die Herstellungskosten erhöht. Derartige Widerstandselemente erfordern ferner
einen zusätzlichen Raum, was die Kompaktierung von Geräten, welche mit derartigen
MOS FET Elementen versehen sind, erschwert.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein MOS FET Halbleiterelement
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Notwendigkeit des Vorsehens
vorgegebener Vorspannungswerte zwischen Quellenelektrode und zweiter Gatterelektrode
entfällt und bei welchem die Anzahl der äußeren Anschlüsse verringert ist.
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Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im Anspruch 1 aufgeführten
Merkmale erreicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich an-.
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hand der Unteransprüche.
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Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen
ist. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf die Elektrodenanordnung eines MOS FET
Elementes mit Doppelqatter bekannter Bauweise, Fig. 2 eine schematische Schnittansicht
entlang Linie 2-2 von Fig. 1, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zum Anschluß des Elementes
von Fig. 1 und 2, Fig. 4 eine Draufsicht der Elektrodenanordnung eines MOS FET Elementes
gemäß der Erfindung, Fig. 5 eine schematische Schnittansicht entlang Linie 5-5 von
Fig. 4, Fig 6 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 5 einer abgewandelten Ausführungsform
eines MOS FET Elementes gemäß der Erfindung und Fig. 7 und 8 Schnittansichten zur
Erläuterung des Herstellungsverfahrens zur Veränderung der Schwellwertspannungen
der beiden Gatterbereiche.
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Gemäß Fig. 4 ist eine erste Elektrode 11 mit einem Lötkopf liga, eine
erste Gatterelektrode 12, eine zweite Gatterelektrode 13 und eine Abflußelektrode
14 vorgesehen, wobei diese Elemente entsprechend wie in Fig. 1 ausgebildet sind.
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Andere Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie
in
Fig. 1 bezeichnet, wobei auf eine genaue Beschreibung dieser Elemente verzichtet
ist.
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Die Anordnung von Fig. 4 unterscheidet sich von der Anordnung von
Fig. 1 dahingehend, daß die Quellenelektrode 11 und die zweite Gatterelektrode 13
mit Hilfe einer leitfähigen Schicht auf der SiO2-Schicht 10 in einem Stegbereich
28 miteinander verbunden sind, so daß demzufolge der in Fig. 1 gezeigte Lötkopf
3a und demzufolge auch die in Fig#. 2 gezeigte äußere Anschlußklemme 3b der zweiten
Gatterelektrode 3 weggelassen sind. Der Stegbereich 28 kann beispielsweise aus demselben
Material wie die Quellenelektrode 11 hergestellt sein. Die Elektrodenanordnung von
Fig. 4 kann demzufolge erreicht werden, indem die Elektrodenanordnung von Fig. 1
geringfügig abgeändert wird. Da die Elektroden beispielsweise aus einer Aluminiumschicht
bestehen, kann der Stegbereich 28 ebenfalls aus einer Aluminiumschicht bestehen.
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Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 von Fig. 4.
Gemäß Fig. 5 ist ein erster Gatterbereich mit einer ersten Gatterelektrode 12 oberhalb
einer Gatterisolierschicht 24 aus SiO2 sowie ein zweiter Gatterbereich mit einer
zweiten Gatterelektrode 13 auf einer Gatterisolierschicht 25 vorgesehen. Bei dieser
Ausführungsform ist die Schwellwertspannung V2 des zweiten Gatterbereiches höher
als die Schwellwertspannung V1 des ersten Gatterbereiches, und zwar um den Wert
der Spannung der in Fig. 3 dargestellten Spannungsquelle 26. Im Rahmen der vorliegenden
Erfindung kann eine zufriedenstellende Funktionsweise erreicht werden, in dem die
Werte V1 und V2 beispielsweise auf-1 Volt bzw.
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2 Volt festgelegt werden Die äußere Anschlußklemme 11b der Quellenelektrode
sowie die zweite Gatterelektrode 13 sind in Fig. 5 mit Hilfe einer gestrichelten
Linie verbunden.
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Diese Verbindung ergibt sich durch den in Fig. 4 dargestellten Stegbereich
28. Die Größe der Schwellwertspannung V2, die in Übereinstimmung mit der Dicke der
Gatterisolierschicht 25 und der Breite und Länge des Gatters gesteuert ist, kann
ebenfalls durch Ioneneinpflanzung in den Gatterbereich beeinflußt werden, um auf
diese Weise die Störstellenkonzentration innerhalb des Kanalsbereiches zu verändern.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 wird im Rahmen eines Beispiels
beschrieben, wie die Schwellwertspannungen der zwei Gatterbereiche durch Ionenimplantation
beeinflußt werden können. Gemäß Fig. 7 wird nach der Herstellung der Halbleiterbereiche
21 bis 23 sowie der SiO2-Schicht 10 der erste Gatterbereich mit einer Abdeckschicht
30 bedeckt und in den Kanalbereich des zweiten Gatterbereiches p31 12 -2 implantiert,
so daß eine Dosismenge Q von 1 x 1012 cm bei einer Beschleunigungsspannung von 90
keV erzielt wird.
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Daraufhin wird dann die Abdeckschicht 30 auf dem Kanalbereich des
ersten Gatterbereiches entfernt und in den ersten 31 Gatterbereich p implantiert,
so daß sich eine Dosismenge Q' von 2 x 1011 cm 2 bei einer Beschleunigungsspannung
von ebenfalls 90 keV ergibt, so wie dies schematisch in Fig. 8 dargestellt ist.
Dasselbe Ziel kann jedoch ebenfalls mit umgekehrter Reihenfolge der Ionenimplantation
erreicht werden. In diesem Fall können die Ionen so implantiert wer-12 -2 den, daß
sich eine Dosismenge Q von 2 x 10 cm ergibt, indem die Abdeckschicht 30 auf dem
ersten Gatterbereich hergestellt wird, nachdem zuvor Ionen mit einer Dosismenge
Q' von 2 x 1011 cm 2 in der Art von Fig. 8 auf dem ersten Gatterbereich implantiert
worden sind.
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Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. -6 gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform ist der äußere Anschluß 12b
der ersten
Gatterelektrode 12 und der äußere Anschluß 14b der Abflußelektrode 14 auf einer
Hauptfläche des Halbleitersubstrats 20 gebildet, während der Außenanschluß 11b der
Quellenelektrode 11 auf der anderen Hauptfläche des Substrats gebildet ist. In diesem
Fall ist eine p+ -Schicht 31 auf der zuletzt genannten zweiten Hauptfläche des Substrats
20 vorgesehen und wird zur Erzielung des Außenanschlusses der Quelle verwendet,
ohne daß dabei eine besondere Anschlußklemme 11b vorgesehen sein muß. Bei dieser
Ausführungsform sind die Quellenelektrode 11 und die zweite Gatterelektrode 13 ebenfalls
mit Hilfe eines Stegbereiches 28 miteinander verbunden, so wie dies bereits in Fig.
4 gezeigt ist. Um die die Quellenelektrode 11 mit der p -Typ-Schicht 31 elektrisch
zu verbinden, kann eine Schicht hoher Störstellenkonzentration zwischen den beiden
Hauptflächen des Substrats 20 vorgesehen sein. Falls das Substrat 20 dünn ist, muß
eine derartige Schicht hoher Störstellenkonzentration zur Verbindung der beiden
Hauptflächen nicht besonders vorgesehen sein. Da die p -Typ-Schicht 31 mit dem äußeren
Gehäuse verbunden ist, muß in manchen Fällen die Anschlußklemme 11b nicht vorgesehen
sein.
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So wie sich dies anhand der obigen Beschreibung ergibt, wird die
Anzahl der äußeren Anschlüsse im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf drei (11b,
12b und 14 gemäß Fig. 5) bzw. zwei (12b und 14b gemäß Fig. 6) reduziert. Ferner
erweist es sich als nicht notwendig, eine Vorspannung zwischen der zweiten Gatterelektrode
und der Quellenelektrode anzulegen. Ferner können mibt Hilfe bekannter Verfahren
die Schwellwertspannungen der ersten und zweiten Gatterbereiche sehr leicht beeinflußt
werden, während eine elektrische 'Kupplung zwischen der zweiten Gatterelektrode
und der Quellenelektrode durch geringfügige Veränderung der Elektrodenanordnung
erzielbar ist. Es sei verstanden, daß die
vorliegende Erfindung
ebenfalls bei p-Kanal-MOS-Elementen anwendbar ist.
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L e e r s e i t e